Site Loader

Содержание

индукция однородного магнитного поля которое

индукция однородного магнитного поля которое


Задача 70188

В однородном магнитном поле, индукция которого равна 0,1 Тл, вращается катушка, состоящая из 200 витков. Ось вращения катушки перпендикулярна оси симметрии катушки и направлению магнитного поля. Максимальная ЭДС индукции в катушке равна 0,3 В. Найти период обращения катушки, если площадь поперечного сечения катушки 4 см2.


Задача 70319

Плоский замкнутый металлический контур площадью S1 = 10 см2 деформируется в однородном магнитном поле, индукция которого B = 1·10–2 Тл. Площадь контура за время τ = 2 с равномерно уменьшается (плоскость контура при этом остается перпендикулярной силовым линиям поля) до величины S2 = 2 см2. Определить силу тока, проходящего по контуру в течение времени τ, если сопротивление контура R = 1 Ом.


Задача 15434

Круговой проволочный виток площадью S = 0,01 м2 находится в однородном магнитном поле, индукция которого B = 1 Тл. Плоскость витка перпендикулярна к направлению магнитного поля. Найти среднюю ЭДС индукции <εi>, возникающую в витке при выключении поля в течение времени t = 10 мс.


Задача 15435

В однородном магнитном поле, индукция которого равна B = 0,1 Тл, равномерно вращается катушка, состоящая из N = 100 витков проволоки. Частота вращения катушки ν = 5 с–1; площадь поперечного сечения катушки S = 0,01 м2. Ось вращения перпендикулярна к оси катушки и направлению магнитного поля. Найти максимальную ЭДС индукции ε

maх во вращающейся катушке.


Задача 15436

В однородном магнитном поле, индукция которого В = 0,8 Тл, равномерно вращается рамка с угловой скоростью ω = 15 рад/с. Площадь рамки S = 150 см2. Ось вращения находится в плоскости рамки и составляет угол α = 30° с направлением магнитного поля. Найти максимальную э. д. с. индукции εmax во вращающейся рамке.


Задача 15442

В однородном магнитном поле, индукция которого B = 0,1 Тл, вращается катушка, состоящая из N = 200 витков. Ось вращения катушки перпендикулярна к ее оси и к направлению магнитного поля. Период обращения катушки T = 0,2 с; площадь поперечного сечения S = 4 см

2. Найти максимальную э. д. с. индукции во вращающейся катушке.


Задача 15456

Круговой контур радиусом r = 2 см помещен в однородное магнитное поле, индукция которого В = 0,2 Тл. Плоскость контура перпендикулярна к направлению магнитного поля. Сопротивление контура R = 1 Ом. Какое количество электричества q пройдет через катушку при повороте ее на угол α = 90°?


Задача 11188

В однородном магнитном поле, индукция которого 0,8 Тл, равномерно с частотой 200 мин

–1 вращается катушка, содержащая 250 витков, плотно прилегающих друг к другу. Площадь поперечного сечения катушки 80 см2. Ось вращения перпендикулярно оси катушки и направлению ЭДС, индуцируемую в катушке.


Задача 11493

Проводящий круговой виток радиусом a = 10 см вращается в однородном магнитном поле, индукция которого В = 0,01 Тл, так, что угол между нормалью к его плоскости и вектором В изменяется по закону α = πt (t — время в секундах). Какое количество теплоты выделяется в витке за промежуток времени Δt = 0 … 0,5 с, если его сопротивление R = 5 Ом.


Задача 12642

Плоский контур с током, представляющий собой прямоугольник со сторонами 10 и 20 см помещен в однородное магнитное поле, индукция которого 7·10–3 Тл. По контуру течет ток 5 А. Найти момент сил, действующий на контур с током, если его плоскость составляет угол 100° с линиями поля. К задаче представить рисунок.


Задача 12643

Используя условие предыдущей задачи, определить, какую работу нужно совершить, чтобы угол между плоскостью контура и линиями поля составил 120°?
Из условия предыдущей задачи: a = 10 см, b = 0,2 м, В = 7·10–3 Тл, I = 5 А, α = 100°.


Предыдущая задача: Плоский контур с током, представляющий собой прямоугольник со сторонами 10 и 20 см помещен в однородное магнитное поле, индукция которого 7·10–3 Тл. По контуру течет ток 5 А. Найти момент сил, действующий на контур с током, если его плоскость составляет угол 100° с линиями поля. К задаче представить рисунок.


Задача 12645

В однородном магнитном поле, индукция которого 0,15 Тл, вращается прямоугольная рамка размерами 200 мм × 400 мм. Рамка содержит 850 витков. Найти зависимость ЭДС индукции от времени, если период вращения рамки составляет 0,02 с. Чему равно максимальное значение ЭДС индукции.


Задача 70225

В однородном магнитном поле индукция которого равна 0,5 Тл проводник переместился перпендикулярно линиям магнитного поля на 50 см. При этом была совершена работа равная 55мДж. Чему равна сила тока в проводнике, если его длина равна 45 см?


Задача 13744

В однородном магнитное поле, индукция которого 0,1 Тл, равномерно с частотой 4 Гц вращается рамка площадью 100 кв. см. Сопротивление рамки 16 Ом, число витков рамки 100. Определить максимальное значение мощности, которую необходимо приложить к рамке для осуществления такого вращения.


Задача 19379

Однородное магнитное поле, индукция которого В = 0,01 Тл, направлено перпендикулярно однородному электрическому полю напряженностью E = 17 кВ/м. Ион, пройдя ускоряющую разность потенциалов U = 15 кВ и влетев в область, занятую полями, движется равномерно и прямолинейно. Определить отношение заряда к массе иона.


Задача 19645

Катушка в виде соленоида помещена в однородное магнитное поле, индукция которого изменяется со временем так, как показано на графике. Линии индукции параллельны оси катушки. Во сколько раз ЭДС индукции, возникающая на интервале времени от 0 до 2 с больше ЭДС индукции, возникающей на интервале времени от 2 с до 6 с?


Задача 21167

В однородном магнитном поле, индукция которого равна 0,1 Тл, вращается катушка, состоящая из 200 витков. Период обращения катушки равен 0,2 с, площадь поперечного сечения катушки 4 см2. Найти максимальную ЭДС индукции во вращающейся катушке.


Задача 21272

В однородном магнитном поле, индукция которого В = 0,75 Тл, равномерно с частотой ν = 11 Гц вращается рамка, содержащая N витков, плотно прилегающих друг к другу. Площадь рамки равна S = 30 см

2, ось вращения перпендикулярна к линиям индукции. Мгновенное значение ЭДС индукции в момент времени t = 2,02 с равно εi = 130,63 В. Найти N.


Задача 21849

В однородном магнитном поле, индукция которого равна 0,05 Тл, движется равномерно проводник длиной 15 см. По проводнику течет ток 3 А. Скорость движения проводника равна 20 м/с и перпендикулярна к направлению индукции магнитного поля. Найти работу перемещения проводника за 20 с движения.


Задача 21933

Круговой контур радиусом r = 2 см помещен в однородное магнитное поле, индукция которого В = 0,2 Тл.

Плоскость контура перпендикулярна к направлению магнитного поля. Сопротивление контура R = 1 Ом. Какой заряд q пройдет по катушке при исчезновении магнитного поля?


Задача 22219

В однородном магнитном поле, индукция которого 0,5 Тл, равномерно с частотой 300 мин–1 вращается катушка, содержащая 200 витков, плотно прилегающих друг к другу. Площадь поперечного сечения катушки 100 см2. Ось вращения перпендикулярна оси катушки и направлению магнитного поля. Определите максимальное значение ЭДС в катушке.


Задача 22675

Альфа-частица движется по окружности радиуса r = 8,3 мм в однородном магнитном поле, индукция В которого 24 мТл. Найти длину волны де Бройля λ такой частицы. Заряд альфа-частицы q численно равен 2е.


Задача 22854

В однородном магнитном поле, индукция которого равна 0,08 Тл, вращается катушка, содержащая 400 витков. Период обращения катушки равен 3,00 с, площадь ее поперечного сечения составляет 6,00 см2. Определить максимальное значение ЭДС индукции во вращающейся катушке и ЭДС индукции через 0,25 с после начала вращения. Первоначально плоскость витков катушки была перпендикулярна магнитному полю.


Сварка полуавтоматом – от А до Я | СОВЕТЫ

 В данной статье собрана самая необходимая информации о сварке полуавтоматом. Все изложено в доступной форме и разбито на последовательные блоки для лучшего усвоения материала. Для удобства поиска нужной информации воспользуйтесь навигацией по статье:

Теоретическая часть:

  1. Устройство аппарата полуавтоматической сварки

  2. Выбираем газ для сварки полуавтоматом

  3. Проволока для сварки полуавтоматом

  4. Сварка полуавтоматом без газа (флюсовой проволокой)

Практическая часть:      

  1. Подготовка аппарата к работе – СБОРКА | Как заправить проволоку в полуавтомат

  2. Настройка полуавтомата для сварки на живом примере

  3. Подготовительный этап и процесс сварки аппаратом

  4. Направление и скорость движения для идеального сварочного шва

  5. Заключение + ВИДЕО

Несмотря на возможность сразу перейти к практическим советам, рекомендуем ознакомиться с материалом полностью. Вы наверняка найдете для себя что-то новое или освежите некогда полученные знания.


Сварочный полуавтомат – кратко об устройстве

Сварка полуавтоматом предусматривает элементарное понимание устройства сварочного аппарата. В инверторе предусмотрено место для установки катушки с проволокой, которая служит аналогом плавящегося электрода, а также имеется механизм автоматической подачи. Аппарат позволяет самостоятельно выставить силу тока и скорость подачи проволоки в зависимости от производственной необходимости.

Полуавтоматы разнятся по функциональным возможностям в зависимости от назначения. Для начинающих сварщиков лучшим выбором станут надежные и простые в управлении аппараты без излишков (пример, IRMIG 160) или же варианты с синергетическим управлением, которое существенно облегчит настройку (пример, INMIG 200 SYN). Опытным профессионалам для поточного производства подойдут мощные трехфазные полуавтоматы, как, например, INMIG 500 DW SYN.

В независимости от вида устройства рабочая комплектация остается стандартной:


Конечно же, для работы понадобится специализированная проволока, а также стандартные средства защиты, обязательно необходимые для безопасности сварщика.


Выбор газа в зависимости от свариваемого металла

Основная функция защитного газа – изоляция сварочной ванны, электрода и дуги от влияния окружающего воздуха. Для того чтобы подобрать подходящий газ необходимо учитывать тип материала и его толщину. В зависимости от этого выбираются инертные, активные газы или их смеси. Чаще других используются СО2 и аргон. Последний снижает разбрызгивание металла и способствует лучшему качеству сварного шва.

Обратите внимание на таблицу:

  Материал

Газ

  Конструкционная сталь

СО2

  Конструкционная сталь

  CO2 + Ar 

  Нержавеющая сталь

CO2 + Ar

  Легированные стали (низкоуглеродистые ) 

CO2 + Ar

  Алюминий и его сплавы

Ar

 

ПОЛЕЗНЫЙ СОВЕТ. При поиске газа можно встретить баллоны различного объема. Чем больше объем, тем дешевле выйдет литр газа. Для редкого использования сварочного полуавтомата подойдут мобильные фасовки по 5-10 литров. В этом случае лучше всего брать дополнительный запас газа, чтобы застраховаться от внезапной нехватки.


Связь толщины металла и диаметра проволоки

На рынке сварочных материалов найдется немало вариантов проволоки для полуавтоматической сварки. Важно запомнить правило – состав проволоки должен соответствовать составу свариваемого материала. Чаще других востребована сварочная проволока СВ08Г2С, которая используется для углеродистых и низкоуглеродистых сталей.


С выбором диаметра поможет таблица:

 

  Толщина металла, мм 

  Диаметр проволоки 

  1 — 3

  0,8

  4 — 5

  1,0

  6 — 8

  1,2

 

Обычной фасовкой для проволоки является 200 или 300 мм.

ВАЖНО! Диаметр проволоки указывается во время настройки полуавтомата, о которой мы поговорим в практической части данной статьи.


Как проводится сварка полуавтоматом без газа

Защитный газ крайне важен для сварочного процесса. Он обеспечивает качественное выполнение сварочных работ, создавая защищенную среду. Однако, если будете использовать устройство довольно редко, то излишне тратиться и покупать баллон просто невыгодно. Чтобы избежать лишних расходов, всегда можно воспользоваться специальной сварочной проволокой – флюсовой или порошковой. Она состоит из стальной трубки, внутри которой находится флюс. В процессе сварочных работ он сгорает, образуя в зоне сварки облачко защитного газа.


Стоит запомнить, работа флюсовой проволокой должна выполняться током прямой полярности (на изделие подается плюс) – это обусловлено необходимостью в больше мощности для плавления порошковой проволоки. Стоит обратить внимание на то, что помимо явных плюсов использования, есть и минусы: при сварке флюсовой проволокой обычно образуется облако дыма, что усложняет визуальный контроль процесса. Ее же нельзя применять для потолочного шва.


ПРАКТИКА – ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СВАРОЧНОГО ПОЛУАВТОМАТА НА ПРИМЕРЕ FUBAG IRMIG 200 SYN

В качестве примера возьмем аппарат FUBAG IRMIG 200 SYN. Инверторный полуавтомат оснащен модулем синергетического управления, который максимально упростит настройку начинающему сварщику. В комплекте с аппаратом уже идет горелка, кабель заземления и кабель с электродержателем.

Подготовка аппарата к работе – сборка / установка проволоки

Процесс сборки (подготовки аппарата к работе) довольно прост:

1. Устанавливаем редуктор на баллон с газом.

2. Соединяем газовый шланг с редуктором на баллоне.

3. Подключаем газовый шланг к полуавтомату.

4. Подключаем горелку к евроразъему на лицевой панели.

5. Подключаем кабель массы к минусовому разъему.

Установка проволоки в сварочном полуавтомате выполняется следующим образом:

1. Устанавливаем катушку в аппарат и фиксируем положение на оси.

2. Освобождаем проволоку на катушке и откусываем загнутый конец бокорезами.

3. Пропускаем проволоку в канавку ролика и протягиваем в направляющую втулку евроразъема примерно на 20 сантиметров.


4. Защелкиваем верхний прижимной ролик

5. Выставляем усилие прижатия.


6. Снимаем сопло горелки.

7. Откручиваем контактный наконечник.

8. Натягиваем горелку по прямой и нажимаем на кнопку подачи.

9. Как только покажется достаточное количество проволоки – накручиваем наконечник и сопло.

10. Необходимо, чтобы вылет проволоки составлял от 5 до 10 мм, для этого необходимо откусить лишнюю проволоку.

Вот и все, аппарат полностью готов к работе. Как видите, процесс не сложный, но имеет несколько важных нюансов, которые стоит запомнить.


Настройка аппарата сварочного полуавтомата

Для примера необходима не только модель аппарата, но и определенные условия. В роли материала будут использоваться стальные пластины толщиной 2,5 мм, к которым идеально подойдет проволока диаметром 1мм и газ – смесь аргона (80%) и углекислого газа (20%).

На редукторе устанавливаем расход газа на 10-12 л/мин — для работы с данной толщиной металла этого будет достаточно. Расход защитного газа сильно влияет на качество шва. При недостаточном расходе защитного газа возможно образование пор в шве. Если газа чересчур много, то возникают завихрения, которые также мешают нормальной защите.

Настраиваем параметры нашего аппарата. Для аппарата с синергетикой это очень просто:

  1. Выбираем на панели тип сварки – MIG SYN

  2. Выбираем газ – смесь аргона и углекислоты

  3. Выбираем диаметр сварочной проволоки – 0,8 мм

  4. Выбираем 2-х тактный режим работы горелки, т.к. не планируем долгой продолжительной сварки.

ПОЛЕЗНЫЙ СОВЕТ. Если предстоят продолжительные швы, то лучше выбрать 4-х тактный – тогда единожды нажав на кнопку пуска на горелке при старте работ, кнопку потом можно отпустить, чтоб рука не уставала. Если предстоят короткие швы, то лучше регулировать старт и стоп кнопкой, выбирая 2-х тактный режим.

     5. Выставляем сварочный ток. Для нашего случая это порядка 100 Ампер.

ПОЛЕЗНЫЙ СОВЕТ. В полуавтоматической сварке существует прямая зависимостью между силой тока и скоростью подачи проволоки – чем выше ток, тем выше скорость подачи проволоки и наоборот – чем медленнее подача проволоки, тем ниже сила тока.

Наш сварочный полуавтомат с синергетическим управлением автоматически устанавливает напряжение дуги. При этом, при необходимости сварщик может подкорректировать напряжение под свой стиль работы и ощущение процесса.

Данный аппарат имеет регулировку индуктивности. Эта настройка позволяет настраивать жесткость дуги — корректировать форму валика и глубину провара, добиваясь однородного, эстетически красивого шва. Такая функция облегчит жизнь начинающему сварщику и позволит ему в самое короткое время добиться ровного, качественного шва.

В представленном примере мы подготовили аппарат для работы по нашей заготовке. Возьмите на вооружение шпаргалку, которая поможет вам в дальнейшем быстро настраивать нужные параметры. Сохраните ее в закладки, она вам пригодится:

  Толщина металла 

  Сила тока

  Диаметр проволоки 

  1,5 мм

  70 — 80 А

  0,8

  2,0 мм

  90-110 А

  0,8

  3 мм

  120 — 140 А 

  1,0

  4 мм

  140-160 А

  1,0

  5мм

  160 — 200 А

  1,2

 


Как проводится сварка полуавтоматом

Как и в других типах сварки, перед началом работы необходимо позаботиться о том, чтобы детали были заранее обработаны – обезжирены и зачищены. Перед началом работы подключаем кабель массы к сварочному столу и проверяем вылет сварочной проволоки. Если проволока длиннее – нужно ее откусить бокорезами.

ПОЛЕЗНЫЙ СОВЕТ. Важно, чтобы кончик проволоки был острым – тогда легче будет зажечь дугу. В процессе сварки перед каждым новым швом кончик (или образовавшийся шарик) проволоки нужно будет откусывать – так вы облегчите старт нового этапа.

Как и любой вид сварки, сварка полуавтоматом начинается с зажигания дуги. Для этого сварочная проволока должна коснуться поверхности свариваемой детали. Нажимаем на кнопку горелки – начинается подача одновременно сварочной проволоки и защитного газа.

Дуга зажигается. Происходит процесс сварки. Чтобы погасить дугу, нужно отпустить кнопку и отвести горелки от свариваемого изделия.


Горелкой можно управлять одной рукой, но при использовании двух рук шов будет более аккуратным и контроль над процессом более уверенным. Одной рукой нужно обхватить горелку, указательный палец должен находиться внизу на кнопке старта. Ведущей рукой можно опираться на другую руку – так будет проще контролировать расстояние до свариваемой поверхности и угол наклона, а также делать нужные движения горелкой.

Не существует универсального угла для сварочной горелки, который нужно соблюдать при сварке. Если мы варим детали в одной плоскости и обе детали одной толщины, то горелку можно держать вертикально. Если детали по толщине разные, то наклон нужно делать в сторону детали с меньшей толщиной. При сварке двух деталей под углом горелку удобнее держать под углом 5- 25% градусов (от вертикали). Расстояние от сопла до свариваемой поверхности – от 5 до 20 мм.

Движение горелки может быть как углом вперед, так и углом назад. При сварке углом назад. При таком способе глубина провара и высота шва увеличивается, его ширина уменьшается. При сварке углом вперед лучше проплавляются кромки, уменьшается глубина провара, но шов получается шире. Такой способ хорош для сварки металла небольшой толщины.

В процессе сварки вы выберете наиболее удобный и комфортный для вас стиль сварки – от способа держать горелку, до параметров аппарата. Обращайте внимание также на звук дуги – он поможет подкорректировать настройки. Так, правильно установленная дуга имеет ровный шипящий звук. Если вы слышите треск – то, скорее всего, нарушен баланс между скоростью подачи и напряжением, или плохой контакт в области сварки.


Влияние скорости движения горелки на качество шва

Качество шва также зависит от скорости сварки – скорости, с которой электрическая дуга проходит вдоль места сварки. Скорость движения сварочной горелки контролируется сварщиком и влияет на форму и качество сварного шва. Со временем вы научитесь определять скорость глядя на толщину и ширину шва в процессе сварки:


Как передвигать сварочную горелку во время сварки полуавтоматом?

Существует множество способов движений горелкой для формирования шва:

  • Для металлов 1-2 мм толщиной можно двигать горелку зигзагообразно, чтобы воздействовать дугой на оба свариваемых листа – тогда получается прочный и герметичный. К тому же, при таком способе электрическая дуга не проживает металл.

  • При наличии определенного опыта пользуются прямым швом, без каких-либо колебательных движений. Таким швом можно варить металлы любой толщины, но здесь важно чувствовать, что дуга равномерно охватывает обе заготовки.

  • Когда нужно делать длинный шов, чтобы не допустить перегрев металла и тепловой деформации, можно варить небольшими сегментами то с одного, то с другого конца свариваемых деталей. Это позволит проварить весь сегмент без тепловой деформации листового металла.


Заключение + ВИДЕО

В этом уроке мы затронули, пожалуй, все основные аспекты – от выбора расходных материалов и сборки аппарата до настройки, азов работы с горелкой и швом. Теперь – дело за вами! Регулярная практика позволит отточить мастерство, а сварочные полуавтоматы FUBAG сделают сварку комфортной и не сложной. Данное видео поможет вам наглядно увидеть настройку аппарата профессионалом и лучше усвоить вышеописанный материал практической части:


Получите 10 самых читаемых статей + подарок!   

*

Подписаться

С.Г. Калашников — Электричество — DJVU, страница 116

Отметим в заключение, что указанные свойства электромагнитных волн аналогичны свойствам механических волн. Во всякой механической волне (например, в струне) имеются колебания двух видов энергии: потенциальной, обусловленной деформациями, и кинетической, связанной со скоростью отдельных элементов среды; подобно этому, в электромагнитной валле мы имеем колебания электрической и магнитной энергии. В рас- 1 233 СОВСТВЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ ДВУХПРОВОДНОЙ ЛИНИИ 551 пространяющейся механической волне колебания деформации и скорости находятся в фазе; в распространяющейся электромагнитной волне фазы колебаний электрического и магнитного полей также совпадают.

Наконец, в стоячей механической волне Рис. 406 Пространственное распределение амплитуд электрического и магнитного полей в стоячей воде узлы деформации совпадают с пучностями скорости и наоборот; аналогично в стоячей электромагнитной волне узлы электрического поля совпадают с пучностями магнитного поля и обратно.

3 233. Собственные колебания двухпроводной линии Для того чтобы в двухпроводной линии могли возникнуть стоячие волны, длина, электромагнитной волны должна иметь определенные значения, зависящие от длины линии. Рассмотрим линию длины 1 и положим, что она разомкнута на обоих концах. Мы знаем (3 232), что на концах такой линии всегда должны быть расположены пучности напряжения (электрического поля) и узлы тока, (магнитного поля), Поэтому в линии будут возможны только такие стоячие волны, которые удовлетворяют этим условиям на границе.

А тогда, очевидно, необходимо, чтобы длина волны А удовлетворяла соотношению 1= Лгг/2, и = 1,2,3,… (233,1) На рис. 407 изображены две Возможные стоячие волны, соответствующие и = 1 и и = 2. Первая из них (1), называемая основным колебанием, имеет один узел напряжения У и одну пучность тока г, расположенные на середине линии. Вторая (2) имеет два узла напряжения и две пучности тока.

В обоих случаях на концах линии находятся пучности напряжения и узлы тока в соответствии с граничными условиями. Помимо указанных двух стоячих волн, возможно еще бесконечное количество других, которые соответствуют п = 3, 4,… 552 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ ВДОЛЬ ПРОВОДОВ ГЛ ХХП Так как длина волны Л, частота колебаний и и скорость электромагнитной волны и связаны между собой соотношением и = иЛ, то из (233.1) можно найти частоты и„различных стоячих волн: и„= (и/21)п, 71 = 1,2, 3,… (233.

2) Очевидно, что формулы (233.1) и (233.2) мы получим и тогда, когда оба конца линии будут замкнуты проводящим мостиком. Различие будет заключаться лишь в том, что во втором случае на концах линии будут находиться узлы напряжения (а не пучности) и пучности тока (вместо узлов). Рис. 407. Два первых собственных колебания двухпроводной линии„ разомкнутой на концах Рис 408.

Два первых собственных колебания двухпроводной линии, за- мкнутой на одном конце проводя- 1цим мостиком Положим теперь, что линия замкнута проводящим мостиком на одном из концов (рис. 408). В этом случае на разомкнутом конце линии всегда будет находиться пучность напряжения (и узел тока), а на замкнутом — узел напряжения (и пучность тока).

Поэтому в линии будут возможны волны только такого типа,как показано на рис. 408. Их длина удовлетворяет условиям = Л/4 (кривая 1, основное колебание), 1 = ЗЛ/4 (крнвая 2), 1 = 5Л/4 и вообще 1 = (2в — 1)Л/4, и = 1,2,3,… (233.3) Так как Л = и/и, то частота этих стоячих волн равна и„= (и/41)(271 — 1), и = 1,2, 3,…

(233,4) 9 234 экспегиментАльнОе исслеДОВАние стоячих ВОлн 553 Сравнивая (233. 2) и (233.4), мы видим, что частоты колебаний в обоих случаях получаются различными. Частота основного колебания (и = 1) в первом случае (оба конца разомкнуты) равна и1 = с/21, а во втором (один конец разомкнут) и~ = о/41, т.е. прн замыкании одного из концов частота основного колебания уменыпается вдвое.

Таким образом, в ограниченной двухпроводной линии возможны только определенные стоячие волны, которые удовлетворяют условиям на границах линии. Эти стоячие волны суть собственные колебания линии. Формулы (233.2) и (233.4) показывают, что собственные колебания имеют разрывный (дискретный) набор частот (спектр частот). Число различных собственных колебаний линии равно бесконечности в соответствии с тем, что линия как распределенная система обладает бесконечно большим числом степеней свободы.

Чтобы возбудить В линии одно из собственных колебаний, генератор, питающий линию, должен иметь частоту, совпадающую с одной нз собственных частот линии и„. Если же это условие не будет выполнено, то различные волны, отраженные от концов линии, складываясь друг с другом (интерферируя), дадут изменяюшиеся и сложные колебания, а устойчивой стоячей волны не получится. Разумеется, в линии можно одновременно возбудить не только одно из собственных колебаний, но и какое угодно их число. Прн этом разные стоячие волны, накладываясь друг на друга, образуют колебания более сложной формы. И обратно, можно показать, что любое сложное колебание линии можно представить в виде суммы различных собственных колебаний с определенным образом подобранными амплитудами и начальными фазами.

й 234. Экспериментальное исследование стоячих электромагнитных волн Стоячие электромагнитные волны в линии легко получить на опыте. Один из способов их возбуждения показан на рис. 409. Выход генератора соединен с проводами линии через конденсаторы (емкостная связь). При работе генератора между проводами появляются колебания напряжения, а следовательно, и электрического поля, и в линии возникает электромагнитная — 1-~ волна.

Связь между линией и генератором Ряс 409. Емкостная можно сделать также индуктивной Для сьсэ~ лсухявоволясй этого конец линии замыкают небольшим л»асяс гсвсва’свсм 554 электеомАГнитные ВОлны ВдОль пРОВОдОВ Гл ххп числом витков проволоки (один-два) и помещают их вблизи катушки колебательного контура генератора (рис 410). Возникающая в витках линии ЭДС взаимной индукции вызывает на конце линии колебания тока (и магнитного поля), которые, так же как и колебания напряжения (электрического поля), дают начало электромагнитной волне. Для того чтобы судить об интенсивРис 410 Индуктивная ности колебаний тока в разных точках связь двухпроводной линии, в линию можно включить лампы линии с генератором накаливания (рис.

411). Такой прием осо- бенно удобен для демонстрационных целей Для обнаружения колебаний напряжения можно пользоваться газорэзрядной трубкой, включенной между проводами. В подобных опытах можно убедиться, что стоячие волны в линии возникают только при определенных частотах генератора, совпадающих с частотами собственных колебаний линии. Исследуя на опыте стоячие волны, можно определить скорость распространения элек! тромагнитных волн. ДействиЛ тельно, измеряя расстояние 15.х Т между двумя соседними узлами или пучностями в стоячей волне, мы определяем половину длины электромагнитной волРис 411 Обнаружение колебаний ны (1/2)А. С другой стороны р > тока с помощью лампы накаливания А е/и ~оэтому измеряя еще (Л) и колебаний напряжения с по частоту генератора и, можно мощью газоразрядной трубки (Т) найти скорость распростране- ния е. Такие измерения дают для скорости электромагнитных волн величину, совпадающую со скоростью распространения света, которая для воздуха округленно равна 3 10 м/с.

Еще до того, как электромагнитные волны были впервые получены на опыте, Максвелл, исходя из своей теории электромагнитного поля (гл. Х111), вычислил их скорость. Скорость электромагнитных волн в вакууме выражается формулой с = 1/ь/евно — — 3.

10 м/с (234.1) (эта формула будет получена в 3 240). Здесь ее = 1/(4я 9 х х 10э) Ф/м — электрическая постоянная, а ре = 4я 10 ~ Гн/м— магнитная постоянная. Таким образом, теория Максвелла предсказала, что скорость распространения электромагнитных волн 555 ОТКРЫТЫЙ ВИБРАТОР 1 235 должна равняться скорости света, а факт совпадения обеих скоростей явился одним из первых указаний на то, что свет имеет электромагнитную природу. В 2 230 мы видели, что основные процессы при распространении волн вдоль проводов происходят нс в самих проводах, а в окружающей их среде. Поэтому при изменении среды, окружающей провода, скорость электромагнитных волн изменяется, а длина волны при той же частоте генератора становится другой.

Из теории Максвелла следует Я 240), что скорость (фазовая) электромагнитной волны в какой-либо среде равна и = с(т!Еея 1234.2) где с — скорость в вакууме, а е и и — относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости среды. В этом легко убедиться на опыте, если часть двухпроводной линии, которая раньше находилась в воздухе, погрузить в воду. Так как для воды р— = 1, а е > 1, то скорость электромагнитных волн в воде меныпе, чем в воздухе, и поэтому расстояние между соседними узлами (или пучностями) уменыпается. Отметим, что е и р, зависят от частоты. Поэтому при вычислении и по формуле (234.2) нужно брать их значения, соответствующие частоте колебаний в данной электромагнитной волне.

3 235. Открытый вибратор Представим себе двухпроводную линию, замкнутую на одном из концов, и раздвинем свободные концы проволок. Тогда в Рис 412 Переход от двухпроводной линии к открытому вибратору пределе мы получим отрезок прямой проволоки, или открытимй вибратор (рис 412). Длина возможных в нем стоячих электромагнитных волн определяется длиной вибратора 1 и условиями на концах. Ес- 556 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ ВДОЛЬ ПРОВОДОВ ГЛ ХХП ли оба конца вибратора граничат с диэлектриком, то на них должны быть расположены узлы тока и пучности напряжений.

Поэтому возможные длины волны Л определяются условием — п = 1, 2, 3,… (235.1) Частота колебаний и в различных стоячих волнах равна У и и = в/Л «е — «п, и = 1,2,3,… (235.2) Стоячая волна, соответствующая п = 1, называется основным кое б лебанием вибратора.

Распределе- ние амплитуд напряжения и тока рис. 4И. Основные колебания в ней показано на рис. 413 а. незаземленного (а) и заземленно- Если один из концов вибратого (б) янбратора ра заземлить, то на этом конце бу- дет расположен узел напряжения и, следовательно, пучность тока. Поэтому основное колебание заземленного вибратора имеет вид, изображенный на рис. 413 б. Из рисунка видно, что при заземлении вибратора длина волны его основного колебания увеличивается, а частота уменьшается в два раза.

3 236. Стоячие волны в катушках Проволочные катушки, как и двухпроводные линии, обладают определенными индуктивностью и емкостью на каждую единицу длины, т.е. представляют собой электрические распределенные системы. Поэтому в них возможны также стоячие электромагнитные волны. Е~ Тесла использовал стоячие Т волны в катушках для устрой- П ства резонансного пгрвнсфврлса- 14 тора. Его первичная обмотка Т,1 (рис. 414) имеет небольшое число витков и входит в состав колебательного контура, Рис 414 Схема ТР ФОРматоРа например искрового контура,’ Тесны содержащего конденсатор С и искровой промежуток П. Вторичной обмоткой служит проволочная катушка Аг.

1 237 ОБРАВОВАние сВОБОдных электРОмАГнитных Волн 557 Когда в первичной цепи возникают электрические колебания, то внутри катушки Ь1 появляется переменное магнитное поле и во вторичной катушке Ь2 наводится переменная ЭДС. Если подобрать частоту колебаний в первичной цепи так, чтобы она совпала с частотой одного из собственных колебаний (стоячих волн) катушки Т2 (обычно — основного колебания), то вследствие рс шнапса в этой последней возникнет интенсивная стоячая волна и между концами катушки появится высокое переменное напряжение.

При резонансе из концов вторичной катуп1ки можно извлекать длинные искры, а электрическое поле вблизи катушки настолько сильно, что вызывает свечение газо- разрядных трубок даже на значительном расстоянии от установки. Если расположить катушку Ь2 рядом с катушкой Ьы то можно исследовать распределение напряжения вдоль катушки и убедиться, что действительно в ней возникает стоячал волна. Извлекая, например, из разных мест катушки искры с помощью заземленного металлического стержня, можно видеть, что наиболее длинные искры получаются у концов катушки (пучности напряжения), а вблизи середины катушки искры не возникают вовсе (узел напряжения).

контрудар-13 — Электричество

Произведение этих двух параметров есть мощность: напряжение в Вольтах умножается на ток в Амперах, получается мощность в Ваттах.

Понятно, что получить одну и ту же мощность можно при различных значениях напряжения источника тока. При напряжении источника 1 вольт, для получения мощности в 1 ватт, требуется пропустить через нагрузку ток 1 ампер (1В х 1А = 1Вт). Если же источник выдает напряжение 10 вольт, мощность в 1 ватт достигается при токе 0,1 ампер (10В х 0,1А = 1Вт).

Мощность в физике — это скорость выполнения какой-либо работы.

Чем быстрее выполняется работа, тем больше мощность исполнителя.

Мощная машина разгоняется быстрее. Мощный (сильный) человек способен быстрее затащить мешок картошки на девятый этаж.

1 Ватт — мощность, позволяющая совершить работу в 1 Дж за одну секунду (что такое джоуль описывалось выше).

Если Вы способны разогнать двухкилограммовое тело до скорости 1 м/с за одну секунду, значит, развиваете мощность 1 Вт.

Если Вы поднимаете килограммовый груз на высоту 0,1 метра за секунду, Ваша мощность равна 1 Вт ибо груз приобретает за секунду потенциальную энергию в 1 Дж.

Если уронить с одинаковой высоты одну тарелку на бетонный пол, а вторую на одеяло, первая наверняка разобьется, а вторая выживет. В чем разница? Начальные и конечные условия одинаковые. Тарелки падают с одной и той же высоты, стало быть, обладают одинаковой энергией. На уровне пола обе тарелки останавливаются — вроде все идентично. Разница лишь в том, что энергия, которую тарелка накопила в процессе полета, в первом случае выделяется мгновенно (очень быстро), а когда тарелка падает на одеяло или ковер, процесс торможения растягивается во времени.

Пусть падающая тарелка обладает кинетической энергией в 1Дж. Процесс столкновения с бетонным полом занимает, допустим, 0,001 сек. Получается, что мощность, выделяемая при ударе, равна 1/0,001=1000 Вт!

Если же тарелка плавно замедляется в течение 0,1 сек, мощность будет 1/0,1=10 Вт. Уже есть шанс выжить — если на месте тарелки окажется живой организм.

Для того и существуют зоны деформации и подушки безопасности в автомобилях, чтобы растянуть во времени процесс выделения энергии при аварии, т. е., снизить мощность при ударе. А выделение энергии, между прочим и есть работа. В данном случае, работа по разрыву ваших внутренних органов и ломанию костей.

Вообще, работа — это процесс преобразования одного вида энергии в другой.

Еще пример: можно без последствий сжечь содержимое баллона с пропаном в горелке. Но если смешать газ, содержащийся в баллоне с воздухом и воспламенить, произойдет взрыв.

В обоих случаях выделяется одинаковое количество энергии. Но во втором энергия выделяется за короткий промежуток времени. А мощность — отношение количества работы ко времени, за которое она сделана.

Касаемо электричества, 1 Вт — мощность, выделяемая на нагрузке, когда произведение тока через нее и напряжения на его концах равно единице. То есть, например, если ток через лампу равен 1 А, и напряжение на ее выводах равно 1 В, мощность, выделяемая на ней 1 Вт.

Такая же мощность будет у лампы с током 2 А при напряжении на ней 0,5 В — произведение этих величин тоже равно единице.

Итак:

P = U*I. Мощность равна произведению напряжения и силы тока.

Можем записать иначе:

I = P/U — сила тока равна мощности, деленной на напряжение.

Есть, допустим, лампа накаливания. На ее цоколе указаны параметры: напряжение 220 В, мощность 100 Вт. Мощность 100 Вт означает, что произведение напряжения, прикладываемое к ее выводом, умноженное на ток, протекающий через эту лампу равно ста. U*I=100.

Какой ток через нее будет протекать? Элементарно, Ватсон: I = P/U, делим мощность на напряжение (100/220), получаем 0,454 А. Ток через лампу 0,454 ампер. Или, иначе, 454 миллиампер (милли — тысячная доля).

Еще один вариант записи U = P/I. Тоже где-нибудь пригодится.

Теперь мы вооружены двумя формулами — законом Ома и формулой мощности электрического тока. А это уже инструмент.

Мы хотим узнать сопротивление нити накала той же стоваттной лампы накаливания.

Закон Ома говорит нам: R = U/I. 2/R. Мощность равна квадрату напряжения, деленному на сопротивление. То есть, при изменении напряжения, приложенного к сопротивлению, выделяемая на нем мощность меняется в квадратичной зависимости: подняли напряжение в два раза, мощность (для резистора — нагрев) увеличилась в четыре раза! Так говорит нам математика.

Понять почему это происходит на практике, поможет опять-таки гидравлическая аналогия. Предмет, находящийся на некоей высоте, обладает потенциальной энергией. И, спускаясь с этой высоты, он может совершить работу. Так совершает работу по выработке энергии вода в гидроэлектростанции, опускаясь через гидротурбину с уровня водохранилища до нижнего бьефа (нижнего уровня).

Потенциальная энергия предмета зависит от его массы и от высоты, на которой он находится (тем больше бед наделает падающий камень чем больше он весит, и с чем большей высоты он падает). Также имеет значение сила тяжести в месте его падения. Один и тот же камень, падающий с одинаковой высоты более опасен на Земле, нежели на Луне, так как на Луне «сила тяжести» (сила, тянущая камень вниз) меньше земной в 6 раз. Итак, у нас три параметра, влияющих на потенциальную энергию — масса, высота и сила тяжести. Именно они и содержатся в формуле кинетической энергии:

Eк = m*g*h,

где m — масса предмета, g — ускорение свободного падения в данном месте («сила тяжести»), h — высота, на которой находится предмет.

Соберем установку: насос с приводом от двигателя будет качать воду из нижнего резервуара в верхний, а стекающая под действием силы тяжести из верхнего резервуара вода, будет крутить генератор:

Тема №6210 Ответы к тестам по физике 11 класс 13168 (Часть 2)

Тема №6210

Ответы в самом низу встроенного документа

СР-17. Явление электромагнитной индукции
ВАРИАНТ № 1
1. Если постоянный магнит движется внутри катушки, соеди­
нённой с микроамперметром, то стрелка прибора показывает
наличие тока в катушке. Какая сила приводит электроны в
движение?
2. Один раз полосовой магнит падает сквозь неподвижное металли­
ческое кольцо южным полюсом вниз, а второй раз — северным
полюсом вниз. В каком случае в кольце возникает ток?
3. Проводящее кольцо с разрезом поднимают вверх из начально­
го положения (см. рис.) к полосовому магниту, а сплошное
проводящее кольцо из начального положения (см. рис.) сме­
щают вправо. В каком кольце при этом появится индукцион­
ный ток?
41
Электромагнетизм
ВАРИАНТ № 2
1. Если на одной оси находится катушка, соединённая с микроам­
перметром, и катушка электромагнита, то ток возникает только
при замыкании и размыкании цепи электромагнита. Назовите
причину появления индукционного тока в этом случае.
2. Две одинаковые катушки замкнуты на микроамперметры. В ка­
тушку А вносят полосовой магнит, а из катушки Б вынимают
такой же полосовой магнит. В какой катушке микроамперметр
зафиксирует индукционный ток?
3. Одно проводящее кольцо с разрезом поднимают из начального
положения вверх над полосовым магнитом, а второе сплошное
проводящее кольцо из начального положения (см. рис.) сме­
щают вправо. В каком кольце при этом появится индукцион­
ный ток?
42
Самостоятельные работы
СР-18. Магнитный поток
ВАРИАНТ № 1
1. Угол между вектором магнитной индукции и плоскостью конту­
ра 30°. Определите угол между вектором магнитной индукции и
положительной нормалью к контуру.
2. Плоскость замкнутого контура расположена под углом 45° к
силовым линиям однородного магнитного поля. Что происхо­
дит с магнитным потоком при увеличении магнитной индук­
ции в 3 раза, если площадь контура и его ориентация не ме­
няются?
3. На рисунке показано направление линий индукции магнитного
поля. В этом магнитном поле замкнутый виток проволоки сна­
чала перемещают вертикально вверх так, что плоскость витка
параллельна линиям индукции магнитного поля (на рисунке —
ситуация А), затем вращают вокруг горизонтальной оси (на ри­
сунке — ситуация Б). При каком движении рамки происходит
изменение магнитного потока?
43
Электромагнетизм
ВАРИАНТ № 2
1. Как должна располагаться плоскость витка по отношению к ли­
ниям магнитной индукции, чтобы магнитный поток был макси­
мальным?
2. Плоскость замкнутого контура расположена под углом 45° к си­
ловым линиям однородного магнитного поля. Что происходит с
магнитным потоком при увеличении площади контура в 4 раза,
и уменьшении магнитной индукции в 2 раза, если его ориента­
ция не меняется?
3. Проволочная рамка движется в неоднородном магнитном поле
с силовыми линиями, выходящими из плоскости листа, на ри­
сунке А — со скоростью иг, а на рисунке В — со скоростью
и2. Плоскость рамки остаётся перпендикулярной линиям век­
тора магнитной индукции. В каком случае возникает ток в
рамке?
Самостоятельные работы
СР-19. Закон электромагнитной индукции.
Изменение магнитного потока
ВАРИАНТ № 1
1. Всегда ли при изменении потока магнитной индукции возникает
ЭДС индукции?
2. За 5 мс в соленоиде, содержащем 500 витков провода, магнит­
ный поток равномерно убывает от 8 до 4 мВб. Найдите ЭДС ин­
дукции в рамке.
3. Магнитный поток, пронизывающий контур проводника, равно­
мерно изменился на 0,6 Вб за 0,5 с. Сопротивление проводника
0,24 Ом. Найдите силу индукционного тока.
ВАРИАНТ № 2
1. Всегда ли при изменении потока магнитной индукции возникает
индукционный ток?
2. Найдите скорость изменения магнитного потока в соленоиде из
2000 витков при возбуждении в нем ЭДС индукции 120 В.
3. Какой заряд пройдёт через поперечное сечение витка, сопротив­
ление которого 0,03 Ом, при уменьшении магнитного потока
внутри витка на 12 мВб?
45
Электромагнетизм
СР-20. Закон электромагнитной индукции.
Изменение индукции магнитного поля
ВАРИАНТ № 1
1. Тонкое медное кольцо площадью 100 см2 расположено во внеш­
нем магнитном поле так, что плоскость кольца перпендикулярна
линиям магнитной индукции. За 2 мс магнитная индукция рав­
номерно увеличивается от 10 до 20 мТл. Определите модуль ЭДС
индукции, возникающей при этом.
2. Квадратная рамка со стороной 6,8 см, сделанная из медной про­
волоки с площадью поперечного сечения 1 мм2, помещена в од­
нородное магнитное поле перпендикулярно линиям индукции.
Индукция магнитного поля равномерно изменяется на 0,002 Тл
за 0,1 с. Чему равна при этом сила тока в рамке? Удельное со­
противление меди 1,7 • 10“8 Ом • м.
3. Замкнутая катушка из 100 витков помещена в однородное маг­
нитное поле перпендикулярно её оси. При изменении магнитно­
го поля на 0,1 Тл за 0,1 с в катушке выделяется 0,002 Дж тепла.
Чему равно сопротивление катушки, если площадь поперечного
сечения катушки 10 см2?
46
Самостоятельные работы
ВАРИАНТ № 2
1. Неподвижный контур площадью 0,03 м2 находится в однородном
равномерно изменяющемся магнитном поле перпендикулярно
линиям индукции. Найдите скорость изменения магнитной ин­
дукции, если при этом возникает ЭДС индукции 0,9 В.
2. Проводящее кольцо, площадью 0,4 м2 и сопротивлением 0,002 Ом,
помещено в однородное магнитное поле так, что плоскость кольца
перпендикулярна линиям индукции поля. Какое количество теп­
лоты выделяется в кольце за 0,2 с, если индукция магнитного по­
ля убывает со скоростью 0,08 Тл/с?
3. Проволочный виток, имеющий площадь 10 см2, разрезан в неко­
торой точке, и в разрез включён конденсатор ёмкости 10 мкФ.
Виток помещён в однородное магнитное поле, силовые линии
которого перпендикулярны к плоскости витка. Индукция маг­
нитного поля равномерно убывает за 0,2 с на 0,01 Тл. Определи­
те заряд на конденсаторе.
47
Электромагнетизм
I
СР-21. Закон электромагнитной индукции.
Изменение площади контура.
ЭДС индукции в движущихся проводниках
ВАРИАНТ № 1
1. Плоский замкнутый контур площадью 10 см2 деформируют в од­
нородном магнитном поле с индукцией 10 мТл, оставляя его пер­
пендикулярным линиям индукции. За 2 мс площадь контура
равномерно уменьшается до 2 см2. Определите среднюю силу то­
ка в контуре за этот промежуток времени, если сопротивление
контура 4 Ом.
2. Проводник длиной 20 см движется в однородном магнитном по­
ле со скоростью 3 м/с перпендикулярно силовым линиям. Най­
дите величину индукции магнитного поля, если на концах про­
водника возникает разность потенциалов 0,06 В.
3. Автомобиль движется по горизонтальной дороге со скоростью
120 км/ч. Определите разность потенциалов, возникающую на
концах задней оси автомобиля, если её длина 1,8 м, а верти­
кальная составляющая вектора индукции магнитного поля Зем­
ли 50 мкТл.
ВАРИАНТ № 2
1. Плоский замкнутый контур площадью 10 см2 деформируют в од­
нородном магнитном поле с индукцией 0,02 Тл, оставляя его
перпендикулярным линиям индукции. За 4 мс площадь контура
равномерно уменьшается до 6 см2. Определите среднюю силу то­
ка в контуре за этот промежуток времени, если сопротивление
контура 0,1 Ом.
2. Проводник длиной 25 см движется в однородном магнитном по­
ле со скоростью 5 м/с, направленной под углом 30° к линиям
магнитной индукции. Найдите ЭДС индукции, возникающую в
проводнике, если индукция магнитного поля 8 мТл.
3. Определите разность потенциалов, возникающую между концами
крыльев самолёта Ту-104, размах крыльев которого 36,5 м. Само­
лёт летит горизонтально со скоростью 900 км/ч. Вертикальная со­
ставляющая вектора индукции магнитного поля Земли 50 мкТл.
48
Самостоятельные работы
СР-22. Закон электромагнитной индукции.
Изменение угла между контуром и полем.
Вращение рамки в однородном магнитном поле
ВАРИАНТ № 1
1. Круговой контур диаметром 4 см помещён в однородное магнит­
ное поле индукцией 0,2 Тл. Плоскость контура перпендикулярна
направлению магнитного поля, сопротивление контура 1 Ом.
Какой заряд протечёт по контуру при повороте его на 90°?
2. Угловая скорость вращения рамки в однородном магнитном поле
45 рад/с, а максимальный магнитный поток 2 Вб. Определите мак­
симальное значение ЭДС индукции, возникающей в этой рамке.
3. Круглая рамка площадью 300 см2 имеет 100 витков и вращается
в однородном магнитном поле с индукцией 0,2 Тл вокруг оси,
проходящей через её диаметр и перпендикулярной вектору ин­
дукции. Найдите угловую скорость вращения рамки, если мак­
симальная величина ЭДС индукции равна 15 В.
ВАРИАНТ № 2
1. Катушка, имеющая 100 витков и расположенная перпендику­
лярно магнитному полю с индукцией 6 Тл, поворачивается за 1 с
на угол 90°. За это время в катушке наводится ЭДС со средним
значением 0,6 В. Определите площадь поперечного сечения ка­
тушки.
2. Определите максимальный магнитный поток через рамку, вра­
щающуюся в однородном магнитном поле с частотой 10 Гц.
Максимальная ЭДС, возникающая в рамке, 3 В.
3. Круглая рамка имеет 100 витков и вращается в однородном маг­
нитном поле с индукцией 0,4 Тл вокруг оси, проходящей через
её диаметр и перпендикулярной вектору индукции. Найдите уг­
ловую скорость вращения рамки, если максимальная величина
ЭДС индукции 20 В, а площадь рамки 0,08 м2.
49
Электромагнетизм
СР-23. Правило Ленца
ВАРИАНТ № 1
1.
2.
3.
На рисунке запечатлён тот момент опыта по про­
верке правила Ленца, когда все предметы непод­
вижны. Северный полюс магнита находится вбли­
зи сплошного алюминиевого кольца. Коромысло с
алюминиевыми кольцами может свободно вра­
щаться вокруг вертикальной опоры. Что произой­
дёт с кольцом, если в него начать вносить магнит?
Катушка соединена с микроамперметром. От неё
удаляют электромагнит. Определите направление
индукционного тока, возникающего в катушке.
Магнитное поле создано прямолинейным провод­
ником, по которому течёт ток, направленный
вниз. К проводнику приближают замкнутый кон­
тур, имеющий форму квадрата (см. рис.). Какое
направление имеет индукционный ток в контуре? 1м
ВАРИАНТ № 2
1. Постоянный магнит удаляют от замкнутого
алюминиевого кольца, подвешенного на тон­
ком длинном подвесе (см. рис.). В каком на­
правлении будет двигаться кольцо?
2.
3.
Катушка соединена с микроамперметром. Из
неё вынимают постоянный магнит (северный
полюс заштрихован). Определите направле­
ние индукционного тока, возникающего в
катушке.
Магнит вводят в кольцо, в результате
чего появляется ток, направление ко­
торого показано на рисунке. Какой
полюс магнита ближе к кольцу?
6
50
■нН
Самостоятельные работы
СР-24. Самоиндукция. Индуктивность
ВАРИАНТ № 1
1. Какая ЭДС самоиндукции возбуждается в обмотке индуктивно­
стью 0,4 Гн при равномерном изменении силы тока в ней на 5 А
за 0,02 с?
2. На рисунке представлен график изменения силы тока с течением
времени в катушке индуктивностью L = 6 мГн. Определите зна­
чение ЭДС самоиндукции.
3. На рисунке приведён график зависимости силы тока от времени
в электрической цепи, индуктивность которой 1 мГн. Определи­
те модуль среднего значения ЭДС самоиндукции в интервале вре­
мени от 0 до 5 с.
51
Электромагнетизм
ВАРИАНТ № 2
1. Определите индуктивность проводника, в котором равномерное
изменение силы тока на 2 А в течение 0,25 с возбуждает ЭДС
самоиндукции 20 мВ.
2. Сила тока в катушке индуктивностью 0,25 Гн изменяется с те­
чением времени, как показано на графике. Определите модуль
ЭДС самоиндукции, которая возникает в катушке.
3. На рисунке приведён график зависимости силы тока от времени
в электрической цепи, индуктивность которой 2 мГн. Определи­
те модуль среднего значения ЭДС самоиндукции в интервале
времени от 10 с до 15 с.
52
Самостоятельные работы
СР-25. Энергия магнитного поля
ВАРИАНТ № 1
1. Энергия магнитного поля в дросселе при силе тока 2 А равна 8 Дж.
Какую индуктивность имеет дроссель?
2. Чему равна энергия магнитного поля соленоида, в котором при
силе тока 10 А возникает магнитный поток 1 Вб?
3. В катушке сила тока равномерно увеличивается со скоростью
2 А/с. При этом в ней возникает ЭДС самоиндукции 20 В. Како­
ва энергия магнитного поля катушки при силе тока в ней 5 А?
ВАРИАНТ № 2
1. Энергия магнитного поля катушки, индуктивность которой 3 Гн,
равна 6 Дж. Определите силу тока в катушке.
2. При силе тока в катушке 0,1 А энергия магнитного поля в ней
равна 0,1 Дж. Определите магнитный поток, идущий через ка­
тушку.
3. В катушке сила тока равномерно увеличивается со скоростью
3 А/с. При этом в ней возникает ЭДС самоиндукции 15 В. Како­
ва энергия магнитного поля катушки при силе тока в ней 4 А?
53
Электромагнетизм
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
ВАРИАНТ № 1
А1. К магнитной стрелке (северный полюс затемнен, см. ри­
сунок), которая может поворачиваться вокруг вертикаль­
ной оси, перпендикулярной плоско­
сти чертежа, поднесли постоянный i g
магнит. При этом стрелка
1) повернется на 180°
2) повернется на 90° по часовой стрелке
3) повернется на 90° против часовой стрелки
4) останется в прежнем положении
А2. Участок проводника длиной 10 см находится в магнит­
ном поле. Сила электрического тока, протекающего по
проводнику, 10 А. При перемещении проводника на 8 см
в направлении действия силы Ампера она совершила ра­
боту 0,004 Дж. Чему равна индукция магнитного поля?
Проводник расположен перпендикулярно линиям маг­
нитной индукции.
1) 0,0005 Тл 3) 0,032 Тл
2) 0,005 Тл 4) 0,05 Тл
АЗ. Протон р, влетевший в зазор между
полюсами электромагнита, имеет го­
ризонтальную скорость й , перпенди-
кулярную вектору индукции В маг­
нитного поля, направ ленного вниз
(см. рис.). Куда направлена дейст­
вующая на протон сила Лоренца F ?
1) Вертикально вниз
2) Вертикально вверх
3) Горизонтально на нас
4) Горизонтально от нас
54
Контрольная работа
А4. За 5 с магнитный поток, пронизывающий проволочную
рамку, увеличился от 3 до 8 Вб. Чему равно при этом
значение ЭДС индукции в рамке?
1) 0,6 В 3) 1,6 В
2) 1 В 4) 25 В
А5. На рисунке показано изменение силы тока в катушке
индуктивности от времени.
Модуль ЭДС самоиндукции принимает равные значения
в промежутках времени
1) 0-1 с и 1-3 с 3) 1-3 с и 4-7 с
2) 3-4 с и 4-7 с 4) 0-1 с и 3-4 с
В1. Горизонтальные рельсы находятся на расстоянии 30 см
друг от друга. На них лежит стержень массой 100 г пер­
пендикулярно рельсам. 0 ®п
\Ш П
Ц П
К каждой позиции первого столбца подберите соответст­
вующую позицию второго и запишите в таблицу выбран­
ные цифры под соответствующими буквами.
55
Электромагнетизм
ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
A) радиус орбиты
Б) период обращения
B) кинетическая энергия
ИХ ИЗМЕНЕНИЕ
1) увеличится
2) уменьшится
3) не изменится
А Б В
С1. Проволочный виток, имеющий площадь 10 см2, разре­
зан в некоторой точке, и в разрез включён конденсатор
ёмкости 10 мкФ. Виток помещён в однородное магнит­
ное поле, силовые линии которого перпендикулярны к
плоскости витка. Индукция магнитного поля равномер­
но убывает за 0,2 с на 0,01 Тл. Определите заряд на
конденсаторе.
56
Контрольная работа
ВАРИАНТ № 2
А1. На проводник, расположенный в однородном магнит­
ном поле под углом 30° к направлению линий магнит­
ной индукции, действует сила F. Если увеличить этот
угол в 3 раза, то на проводник будет действовать сила,
равная
1) 0 3) 2F
2) F/2 4) 3F
А2. Участок проводника длиной 20 см находится в магнит­
ном поле индукцией 25 мТл. Сила Ампера при переме­
щении проводника на 8 см в направлении своего дейст­
вия совершает работу 0,004 Дж. Проводник расположен
перпендикулярно линиям магнитной индукций. Чему
равна сила тока, протекающего по проводнику?
1) 0,01 А 3) 10 А
2) 0,1 А 4) 64 А
АЗ. Протон р, влетевший в зазор между полюсами электро­
магнита, имеет горизонтальную скорость и , перпендику-
лярную вектору индукции В магнитного поля, направ­
ленного вверх (см. рис.). Куда направлена действующая
на протон сила Лоренца F ?
1) Вертикально вниз
3) Горизонтально к нам
2) Вертикально вверх
4) Горизонтально от нас
Электромагнетизм
А4. Проволочная рамка площадью S = 2 м2 расположена пер­
пендикулярно линиям вектора магнитной индукции од­
нородного магнитного поля. Величина вектора магнитной
индукции равна 0,04 Тл. За время t = 0,01 с магнитное
поле равномерно спадает до нуля. Чему равна ЭДС ин­
дукции, генерируемая при этом в рамке?
1) 8 В 3) 0,8 мВ
2) 2 В 4) 0 В
А5. На рисунке приведён график изменения силы тока в ка­
тушке индуктивности от времени.
Модуль ЭДС самоиндукции принимает наибольшее зна­
чение в промежутке времени
1) 0-1 с 3) 5-6 с
2) 1-5 с 4) 6-8 с
Bl. С какой скоростью вылетает а-частица из радиоактив­
ного ядра, если она, попадая в однородное магнитное
поле индукцией В = 2 Тл перпендикулярно его сило­
вым линиям, движется по дуге окружности радиусом
R = 1 м? (Масса а-частицы 6,7 • 10“27 кг, её заряд равен
3 ,2 -10″19 Кл).
В2. Частица массой т, несущая заряд q, движется в одно­
родном магнитном поле с индукцией В по окружности
радиуса R со скоростью и. Что произойдёт с радиусом
орбиты, периодом обращения и кинетической энергией
частицы при уменьшении индукции магнитного поля?
58
Контрольная работа
К каждой позиции первого столбца подберите соответст­
вующую позицию второго и запишите в таблицу выбран­
ные цифры под соответствующими буквами.
ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
A) радиус орбиты
Б) период обращения
B) кинетическая энергия
ИХ ИЗМЕНЕНИЯ
1) увеличится
2) уменьшится
3) не изменится
А Б В
С1. Частица зарядом q и массой т влетает в область одно­
родного магнитного поля с индукцией В . Скорость час­
тицы о направлена перпендикулярно силовым линиям
поля и границе области. После прохождения области
поля частица вылетает под углом а к первоначальному
направлению движения. На каком расстоянии I от точ­
ки входа в поле вылетит частица из области, «занятой»
полем?
59
Электромагнетизм
ВАРИАНТ № 3
А1. К магнитной стрелке (северный полюс затемнен, см. ри­
сунок), которая может поворачиваться вокруг верти­
кальной оси, перпендикулярной плос­
кости чертежа, поднесли постоянный
магнит. При этом стрелка
1) повернётся на 180°
2) повернётся на 90° по часовой стрелке
3) повернётся на 90° против часовой стрелки
4) останется в прежнем положении
А2. Участок проводника находится в магнитном поле, ин­
дукция которого 40 мТл. Сила электрического тока,
протекающего по проводнику, равна 12,5 А. При пере­
мещении проводника на 8 см в направлении действия
силы Ампера, поле совершает работу 0,004 Дж. Про­
водник расположен перпендикулярно линиям магнит­
ной индукции. Чему равна длина участка проводника?
1) 10 м 3) 0,064 м
2) 0,1 м 4) 0,001 м
АЗ. Электрон е~, влетевший в зазор между полюсами элек­
тромагнита, имеет горизонтально направленную скорость
о, перпендикулярную вектору индукции магнитного по- —*
ля Б (см. рис.). Куда направлена действующая на элек-
—*
трон сила Лоренца F ?
1) Вертикально вниз
2) Вертикально вверх
3) Горизонтально влево
4) Горизонтально вправо
60
Контрольная работа
А4. В опыте по исследованию ЭДС электромагнитной ин­
дукции квадратная рамка из тонкого провода со сторо­
ной квадрата Ъ находится в однородном магнитном по­
ле, перпендикулярном плоскости рамки. 0
ЕЮ
Е Ю
ЕЮ
а п
1) 2 мкВ
2) 3 мкВ
3) 5 мкВ
4) 0
В1. Прямой проводник длиной 20 см и массой 50 г подвешен
на двух легких нитях в однородном магнитном поле,
вектор индукции которого направлен горизонтально и
перпендикулярно проводнику. Какой силы ток надо про­
пустить через проводник, чтобы одна из нитей разорва­
лась? Индукция поля 50 мТл. Каждая нить разрывается
при нагрузке 0,4 Н.
61
Электромагнетизм
е л
Е П
Е П
В2. Частица массой /п, несущая заряд q, движется в одно­
родном магнитном поле с индукцией В по окружности
радиуса R со скоростью и. Что произойдёт с радиусом ор­
биты, периодом обращения и импульсом частицы при
увеличении индукции магнитного поля?
К каждой позиции первого столбца подберите соответст­
вующую позицию второго и запишите в таблицу выбран­
ные цифры под соответствующими буквами.
ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
A) радиус орбиты
Б) период обращения
B) импульс частицы
ИХ ИЗМЕНЕНИЯ
1) увеличится
2) уменьшится
3) не изменится
А Б В
С1. Из провода длиной 2 м сделан квадрат, который распо­
ложен горизонтально. Какой электрический заряд прой­
дёт по проводу, если его потянуть за две диагонально
противоположные вершины так, чтобы он сложился в
линию? Сопротивление провода 0,1 Ом. Вертикальная
составляющая магнитного поля Земли 50 мкТл.
62
Контрольная работа
ВАРИАНТ № 4
А1. Прямолинейный проводник длины £ с током I помещён
в однородное магнитное поле, направление линий индук­
ции которого противоположно направлению тока. Если
силу тока уменьшить в 2 раза, а индукцию магнитного
поля увеличить в 4 раза, то действующая на проводник
сила Ампера
1) увеличится в 2 раза
2) не изменится
3) уменьшится в 4 раза
4) уменьшится в 2 раза
А2. Участок проводника длиной 10 см находится в маг­
нитном поле индукцией 50 мТл. Сила электрического
тока, протекающего по проводнику, 5 А. Проводник
расположен перпендикулярно линиям магнитной ин­
дукции. Какую работу совершает сила Ампера при пе­
ремещении проводника на 80 см в направлении своего
действия?
1) 0,004 Дж 3) 0,5 Дж
2) 0,4 Дж 4) 0,625 Дж
АЗ.
А5. На железный сердечник надеты две катушки. К первой
подключён амперметр, ток во второй меняется согласно
приведённому графику. В какие промежутки времени
амперметр покажет наличие тока в первой катушке?
1) 0-1 с и 2-4 с 3) 1-2 с и 4-7 с
2) 0-1 с и 4-7 с 4) 1-2 с и 3-4 с
В1. Электрон, обладающий зарядом е = 1,6 • 10“19 Кл, дви­
жется в однородном магнитном поле индукцией В по
круговой орбите радиусом R = 6 ■ 10~4 м. Значение им­
пульса частицы равно р = 4,8 ■ 10“24 кг ■ м/с. Чему равна
индукция В магнитного поля?
В2. Частица массой т, несущая заряд q, движется в одно­
родном магнитном поле индукцией В по окружности ра­
диуса R со скоростью и. Что произойдёт с радиусом ор­
биты, периодом обращения и импульсом частицы при
уменьшении индукции магнитного поля?
К каждой позиции первого столбца подберите соответст­
вующую позицию второго и запишите в таблицу выбран­
ные цифры под соответствующими буквами.
64
Контрольная работа
ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
A) радиус орбиты
Б) период обращения
B) импульс частицы
ИХ ИЗМЕНЕНИЯ
1) увеличится
2) уменьшится
3) не изменится
А Б В
С1. Из точечного источника вылетают а-частицы массой т и
зарядом q и движутся в однородном магнитном поле с
индукцией В, силовые линии которого перпендикулярны
плоскости рисунка. На расстоянии L от источника нахо­
дится мишень радиуса г. При каких значениях скорости
а-частицы попадут на поверхность мишени?
ВАРИАНТ № 5
А1. К магнитной стрелке (северный полюс затемнён, см. рис.),
которая может поворачиваться вокруг вертикальной оси,
перпендикулярной плоскости чертежа,
поднесли постоянный магнит. При этом
стрелка
1) повернётся на 180°
2) повернётся на 90° по часовой стрелке
3) повернётся на 90° против часовой стрелки
4) останется в прежнем положении
А2. Участок проводника длиной 5 см находится в магнит­
ном поле индукцией 50 мТл. Сила электрического тока,
протекающего по проводнику, равна 20 А. Проводник
расположен перпендикулярно линиям магнитной ин­
дукции. Какое перемещение совершает проводник в на­
правлении действия силы Ампера, если работа этой си­
лы 0,004 Дж?
1) 0,0008 м 3) 0,8 м
2) 0,08 м 4)8 м
АЗ.
2) £>1 4) 0,25
А5. На рисунке показано изменение силы тока в катушке
индуктивности от времени.
Модуль ЭДС самоиндукции принимает наибольшее
значение в промежутках времени
1) 0-1 с и 2-3 с 3) 0-1 с и 3-4 с
2) 1-2 и 2-3 с 4) 2-3 с и 3-4 с
В1. Горизонтальные рельсы находятся на расстоянии 40 см
друг от друга. На них лежит стержень перпендикулярно
рельсам. Какой должна быть индукция магнитного поля
В для того, чтобы стержень начал двигаться, если по не­
му пропустить ток силой 50 А? Коэффициент трения о
рельсы стержня 0,2. Масса стержня 500 г.
В2. Частица массой т , несущая заряд q, движется в одно­
родном магнитном поле индукцией В по окружности ра­
диуса R со скоростью и. Что произойдёт с радиусом ор­
биты, периодом обращения и импульсом частицы при
уменьшении заряда частицы?
Электромагнетизм
К каждой позиции первого столбца подберите соответст­
вующую позицию второго и запишите в_таблицу выбран­
ные цифры под соответствующими буквами.
ИХ ИЗМЕНЕНИЯ
1) увеличится
2) уменьшится
3) не изменится
А Б В
ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
A) радиус орбиты
Б) период обращения
B) импульс частицы
С1. Положительно заряженная частица попадает в однород­
ное магнитное поле. Скорость частицы перпендикуляр­
на направлению вектора магнитной индукции поля. Об­
ласть поля имеет ширину I . При какой минимальной
скорости частица преодолеет область, занятую магнит­
ным полем?
68
Самостоятельные работы
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ
САМОСТОЯТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ
СР-26. Уравнение и график колебательного процесса
ВАРИАНТ № 1
1. Колебания напряжения на конденсаторе в цепи переменного то­
ка описываются уравнением: и = 50cos(100rc£), где все величины
выражены в единицах СИ. Чему равна частота колебаний на­
пряжения?
2. Амплитудное значение заряда на конденсаторе равно 2 мкКл.
Чему равно значение заряда на конденсаторе через 1/6 часть
периода колебаний после достижения этого значения? Колеба­
ния происходят по закону синуса. Начальная фаза колебаний
равна нулю.
3. На рисунке показан график зависимости силы тока в металли­
ческом проводнике от времени. Определите амплитуду колеба­
ний тока.
69
Электромагнитные колебания и волны
ВАРИАНТ № 2
1. Колебания напряжения на конденсаторе в цепи переменного то­
ка описываются уравнением: и = 50 cos(100ni)} где все величины
выражены в единицах СИ. Чему равен период колебаний на­
пряжения?
2. Колебания напряжения на конденсаторе в цепи переменного то­
ка описывается уравнением: и = 50cos(100rcf), где все величины
выражены в СИ. Определите напряжение на конденсаторе через
Т/ 4 после начала колебаний.
3. На рисунке представлена зависимость силы тока в металличе­
ском проводнике от времени. Определите частоту колебаний
тока.
Самостоятельные работы
СР-27. Колебательный контур
ВАРИАНТ № 1
1. В колебательном контуре после разрядки конденсатора ток исче­
зает не сразу, а постепенно уменьшается, перезаряжая конденса­
тор. С каким явлением это связано?
2. Колебательный контур состоит из конденсатора электроёмко­
стью С и катушки индуктивностью L. Как изменится период
электромагнитных колебаний в этом контуре, если электроём­
кость конденсатора и индуктивность катушки увеличить в
4 раза?
3. Во сколько раз изменится частота колебаний в колебательном
контуре, если расстояние между пластинами воздушного конден­
сатора заполнить жидкостью, диэлектрическая проницаемость
которой 9?
ВАРИАНТ № 2
1. Чему равен период колебаний в колебательном контуре, состоя­
щем из конденсатора ёмкостью 4 мкФ и катушки индуктивно­
стью 1 Гн? Ответ выразите в миллисекундах, округлив его до
целых.
2. Колебательный контур состоит из конденсатора электроёмко­
стью С и катушки индуктивностью L. Как изменится период
электромагнитных колебаний в этом контуре, если электроём­
кость конденсатора и индуктивность катушки уменьшить в
3 раза?
3. Во сколько раз изменится собственная частота колебаний в коле­
бательном контуре, если зазор между пластинами конденсатора
увеличить в 4 раза?
71
Электромагнитные колебания и волны
СР-28. Сила тока в катушке,
заряд и напряжение на конденсаторе
ВАРИАНТ № 1
1. Заряд на пластинах конденсатора колебательного контура из­
меняется с течением времени в соответствии с уравнением
q = 0,01 cos(40rc£). Запишите уравнение зависимости силы тока
от времени.
2. Изменения электрического тока в контуре происходят по закону
i = 0,01 cos(207tf). Чему равна частота колебаний заряда на кон­
денсаторе контура?
3. Колебания напряжения на конденсаторе в цепи переменного то­
ка описывается уравнением: и = 50cos(100Trt), где все величины
выражены в СИ. Ёмкость конденсатора равна 2 мкФ. Определите
заряд конденсатора через Т/А. после начала колебаний.
ВАРИАНТ № 2
1. Заряд на пластинах конденсатора колебательного контура из­
меняется с течением времени в соответствии с уравнением
q = 0,01 cos(40j:£). Определите амплитуду колебаний силы тока
в контуре.
2. Заряд на пластинах конденсатора колебательного контура из­
меняется с течением времени в соответствии с уравнением
q = 0,01 cos(40ni). Чему равен период колебаний напряжения?
3. Колебания напряжения на конденсаторе в цепи переменного то­
ка описывается уравнением: и = 50cos(100ji£)> где все величины
выражены в СИ. Ёмкость конденсатора равна 2 мкФ. Определите
заряд конденсатора через Т / 6 после начала колебаний.
72
Самостоятельные работы
СР-29. Свободные электромагнитные колебания.
Закон сохранения энергии
ВАРИАНТ № 1
1. В колебательном контуре, состоящем из конденсатора, катушки
индуктивностью 0,01 Гн и ключа, после замыкания ключа воз­
никают электромагнитные колебания, причём максимальная си­
ла тока в катушке составляет 4 А. Чему равно максимальное
значение электрического поля в конденсаторе в ходе колебаний?
2. В идеальном колебательном контуре амплитуда колебаний силы
тока в катушке индуктивности 5 мА, а амплитуда напряжения
на конденсаторе 2 В. Определите напряжение на конденсаторе в
тот момент, когда сила тока будет 3 мА.
3. Заряд конденсатора идеального колебательного контура, состоя­
щего из катушки индуктивностью 25 мкГн и конденсатора, при
свободных колебаниях меняется по закону q = 10″4sin(2 • 103 t),
где все величины выражены в СИ. Определите максимальную
энергию конденсатора.
ВАРИАНТ № 2
1. В идеальном электрическом колебательном контуре ёмкость кон­
денсатора 2 мкФ, а амплитуда напряжения на нём 10 В. Опреде­
лите максимальное значение энергии магнитного поля катушки.
2. Максимальный заряд конденсатора в колебательном контуре
6 мкКл. Индуктивность катушки 3 мГн, электроёмкость конден­
сатора 2 мкФ. В некоторый момент времени сила тока в колеба­
тельном контуре равна 0,024 А. Определите заряд на конденса­
торе в этот момент времени.
3. Определите период электромагнитных колебаний в колебатель­
ном контуре, если амплитуда силы тока равна 1п, а амплитуда
электрического заряда на пластинах конденсатора qm.
73
Электромагнитные колебания и волны
СР-30. Вынужденные электромагнитные колебания.
Резонанс
ВАРИАНТ № 1
1. Почему свободные электромагнитные колебания со временем за­
тухают?
2. Какие изменения амплитуды тока происходят при резонансе?
3. На рисунке представлен график
зависимости амплитуды силы то­
ка вынужденных колебаний от
частоты v вынуждающей ЭДС.
При какой частоте происходит
резонанс?
ВАРИАНТ № 2
1. При каком условии наблюдается резонанс в электрических цепях?
2. Приведите примеры полезного использования резонанса в элек­
трических цепях.
3. На рисунке представлен график
зависимости амплитуды силы тока
вынужденных колебаний от часто­
ты v вынуждающей ЭДС. Опреде­
лите амплитуду колебаний при ре­
зонансе.
74
Самостоятельные работы
СР-31. Переменный ток
ВАРИАНТ № 1
1. Амплитуда колебаний напряжения на участке цепи переменного
тока равна 50 В. Чему равно действующее значение напряжения
на этом участке цепи?
2. Ёмкость конденсатора, включённого в цепь переменного тока,
равна 2 мкФ. Уравнение колебаний напряжения на конденсаторе
имеет вид: и = 75cos(2 • 103f), где все величины выражены в СИ.
Определите амплитуду силы тока.
3. Индуктивность катушки равна 0,5 Гн. Уравнение колебаний
силы тока в ней имеет вид: i = 0,8 cos(12,57if), где все величи­
ны выражены в СИ. Определите амплитуду напряжения на ка­
тушке.
ВАРИАНТ № 2
1. Действующее значение силы тока в цепи переменного тока равно
5 А. Чему равна амплитуда колебаний силы тока в цепи?
2. Напряжение на конденсаторе в цепи переменного тока меняется
с циклической частотой со = 4000 с-1. Амплитуда колебаний на­
пряжения и силы тока равны соответственно Um = 200 В и
1т — 4 А. Найдите ёмкость конденсатора.
3. Напряжение на выходных клеммах генератора меняется по за­
кону и = 280cos(100£). Определите действующее значение силы
тока, если индуктивность катушки 0,25 Гн.
75
Электромагнитные колебания и волны
СР-32. Производство, передача и потребление
электрической энергии.
Трансформатор
ВАРИАНТ № 1
1. Каково основное назначение электрогенератора на ГЭС?
2. Какие проблемы возникают при передаче электрической энергии?
3. Трансформатор понижает напряжение с 240 В до 120 В. Опреде­
лите число витков во вторичной катушке трансформатора, если
первичная катушка содержит 80 витков.
ВАРИАНТ № 2
1. Каким образом электрическая энергия от электростанции пере­
дается к потребителям?
2. Для чего около электростанций устанавливают повышающий
напряжение трансформатор?
3. Трансформатор понижает напряжение с 240 В до 12 В. Во
сколько раз действующее значение силы тока в первичной ка­
тушке отличается от действующего значения силы тока во вто­
ричной?
76
Самостоятельные работы
СР-33. Электромагнитные волны.
Длина волны
ВАРИАНТ № 1
1. Что является источником электромагнитных волн?
2. Радиостанция работает на частоте 60 МГц. Найдите длину элек­
тромагнитных волн, излучаемых антенной радиостанции. Ско­
рость распространения электромагнитных волн с = 3 • 108 м/с.
3. Колебательный контур радиоприёмника содержит конденсатор,
ёмкость которого 10 нФ. Какой должна быть индуктивность
контура, чтобы обеспечить приём волны длиной 300 м? Скорость
распространения электромагнитных волн с = 3 • 108 м/с.
ВАРИАНТ № 2
1. Назовите учёного, который теоретически предсказал существо­
вание электромагнитных волн.
2. Чему равна длина электромагнитной волны, распространяющей­
ся в воздухе, если период колебаний 0,01 мкс? Скорость распро­
странения электромагнитных волн с — 3 ■ 108 м/с.
3. Электрический колебательный контур радиоприёмника содержит
катушку индуктивностью 10 мГн и два параллельно соединен­
ных конденсатора, ёмкости которых равны 360 пФ и 40 пФ. На
какую длину волны настроен контур? Скорость распространения
электромагнитных волн с = 3 • 108 м/с.
77
Электромагнитные колебания и волны
СР-34. Различные виды электромагнитных излучений
и их практическое применение
ВАРИАНТ № 1
1. По какому принципу построена шкала электромагнитных волн?
2. У какого света больше частота — у жёлтого или зелёного?
3. Что является источником ультрафиолетовых волн? Где они ис­
пользуются?
ВАРИАНТ № 2
1. Перечислите диапазоны электромагнитных волн в порядке воз­
растания частоты.
2. Что является источником инфракрасных волн? Где они исполь­
зуются?
3. Какое излучение используется в медицине, благодаря своей про­
никающей способности?
78
Контрольная работа
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
ВАРИАНТ № 1
А1. В уравнении гармонического колебания q = qm cos(at + ф0)
величина, стоящая под знаком косинуса, называется
1) фазой 3) амплитудой заряда
2) начальной фазой 4) циклической частотой
А2. На рисунке показан график зависимости силы тока в ме­
таллическом проводнике от времени. Определите частоту
колебаний тока.
АЗ. Как изменится период собственных электромагнитных
колебаний в контуре (см. рис.), если ключ К перевести
из положения 1 в положение 2?
1) Уменьшится в 2 раза
2) Увеличится в 2 раза
3) Уменьшится в 4 раза
4) Увеличится в 4 раза
Электромагнитные колебания и волны
А4. По участку цепи с сопротивлением R течёт переменный
ток, меняющийся по гармоническому закону. В некото­
рый момент времени действующее значение напряжения
на этом участке уменьшили в 2 раза, а его сопротивление
уменьшили в 4 раза. При этом мощность тока
1) уменьшится в 4 раза 2) уменьшится в 8 раз
3) не изменится 4) увеличится в 2 раза
А5. Сила тока в первичной обмотке трансформатора 0,5 А,
напряжение на её концах 220 В. Сила тока во вторичной
обмотке 11 А, напряжение на её концах 9,5 В. Опреде­
лите КПД трансформатора.
1) 105 % 3) 85 %
2) 95 % 4) 80 %
В1. В таблице показано, как изменялся заряд конденсатора в
колебательном контуре с течением времени.
t, 10_6 с 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
q, 10’6 Кл 2 1,42 0 -1,42 -2 -1,42 0 1,42 2 1,42
Вычислите ёмкость конденсатора в контуре, если индук­
тивность катушки равна 32 мГн. Ответ выразите в пико­
фарадах и округлите до десятых.
В2. Колебательный контур радиопередатчика содержит кон­
денсатор ёмкостью 0,1 нФ и катушку индуктивностью
1 мкГн. На какой длине волны работает радиопередат­
чик? Скорость распространения электромагнитных волн
с = 3 • 108 м/с. Ответ округлите до целых.
С1. Определите период электромагнитных колебаний в коле­
бательном контуре, если амплитуда силы тока равна 1т,
а амплитуда электрического заряда на пластинах кон­
денсатора qm.

Методические указания по лабораторным работам «физика»

Федеральное агентство морского и речного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Сибирский государственный университет водного транспорта»

структурное подразделение СПО

«Новосибирское командное речное училище имени С.И. Дежнева»

Методические указания для выполнения

лабораторных занятий

общеобразовательной учебной дисциплины

ПД. 03 « Физика»

26.02.03 «Судовождение»

26.02.05 «Эксплуатация судовых энергетических установок»

26.02.06 «Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики»

26.02.01 «Эксплуатация внутренних водных путей»

Квалификация — Старший техник-судоводитель

Квалификация -Техник-электромеханик

Квалификация -Техник-судомеханик

Квалификация — Техник

Новосибирск 2019

У Т В Е Р Ж Д А Ю

Заместитель начальника по

учебной работе

Н.М.Мальцева

«___» ____________ 2019г.

Комплект контрольно-оценочных средств по учебной дисциплине ___________ разработан на основе Федерального государственного образовательного стандарта (ФГОС) среднего профессионального образования (далее – СПО) по специальности СПО _____________________________________________________________________________

ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет

водного транспорта» структурное подразделение СПО «Новосибирское командное речное

училище имени С. И. Дежнева»

Разработчики:

Распопова Л.А., преподаватель

(Ф.И.О., ученая степень, звание, должность)

Рекомендовано предметной цикловой комиссией

Председатель

/ ______________________/

Рассмотрено на учебно-методическом совете:

Перечень лабораторных занятий

1.Исследование движения тела под действием постоянной силы.

2. Изучение особенностей силы трения (скольжения).

3.Изучение закона сохранения импульса

4.Изучение законов сохранения на примере удара шаров и баллистического маятника.

5.Сохранение механической энергии при движении тела под действием силы тяжести и упругости. Сравнение работы силы с изменением кинетической энергии тела.

6.Измерение влажности воздуха.

7.Измерение поверхностного натяжения жидкости.

8.Наблюдение процесса кристаллизации. Изучение деформации растяжения. Изучение теплового расширения твердых тел.

Изучение особенностей теплового расширения воды.

9.Изучение закона Ома для участка цепи, последовательного и параллельного соединения проводников.

10. Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника напряжения.

11. Определение коэффициента полезного действия электрического чайника.

12. Определение температуры нити лампы накаливания.

13. Изучение закона Ома для полной цепи.

14.Изучение явления электромагнитной индукции.

15. Изучение зависимости периода колебаний нитяного (или пружинного) маятника от длины нити (или массы груза).

16. Индуктивные и емкостное сопротивления в цепи переменного тока.

17. Изучение изображения предметов в тонкой линзе.

Изучение интерференции и дифракции света.

Градуировка спектроскопа и определение длины волны.

Лабораторное занятие №1

Исследование движения тела под действием постоянной силы

Цель работы: определить ускорение и мгновенную скорость при равноускоренном движении шарика по желобу.

Оборудование: желоб металлический, штатив с муфтой и лапкой, шарик металлический, цилиндр металлический, лента измерительная, секундомер.

Теория:

Шарик скатывается по прямому наклоненному желобу равноускоренно. При равноускоренном движении без начальной скорости пройденное расстояние определяется по формуле.

Ход выполнения работы:

1. Установите желоб в наклонном положении про помощи штатива. Для торможения скатывающегося шарика используйте металлический цилиндр, который кладут в желоб в том месте, где надо остановить шарик.

  1. Измерьте время (t) движения шарика по желобу при помощи секундомера и расстояние (S) пройденное шариком до его остановки, при помощи сантиметровой ленты.

  2. Вычислите ускорение (а) по формуле.

  3. Вычислите расстояние, которое должен пройти шарик за 0,5с; 1с; 1,5с по формуле.

  4. Полученные вычислением результаты проверьте на опыте. Для этого положите цилиндр в желоб на расстояниях, найденных по формуле, определите время в момент удара шарика о цилиндр и убедитесь в совпадении времени.

  5. Сделайте вывод, как зависит расстояние от времени.

7. По формуле v=at определите мгновенную скорость в моменты времени 0,5с; 1с; 1,5с и постройте график зависимости скорости движения шарика от времени.

8. Сделайте вывод о характере движения шарика.

Контрольные вопросы:

1.В каком случае ускорение точки считается постоянным

2.Куда направлено ускорение при равноускоренном движении точки?

3.В каких единицах измеряется ускорение?

Лабораторное занятие №2

Изучение особенностей силы трения (скольжения)

Цель: Актуализация и систематизация знаний учащихся о силах, способах их измерений.

  • Привитие вкуса к исследовательской работе,

  • Развитие познавательного интереса,

  • Формирование исследовательских умений и вычисление физических величин с помощью опытных данных.

  • Воспитание сотрудничества при работе в парах, при выполнении лабораторного эксперимента.

Оборудование: На столах учеников комплект для лабораторной работы: Динамометр, брусок, каток, доска, набор грузов по 1Н.

Мотивация: Сила трения играет очень большую роль в жизни каждого человека и во всех отраслях техники. С ней приходится бороться, а в каких-то случаях увеличивать. Поэтому о ней надо знать как можно больше. Лучший метод познания – исследование, эксперимент.

Ход выполнения работы:

Проверить наличие оборудования и листа для отчёта. Подписать лист отчёта.

Инструктаж по технике безопасности.

1. Разработка плана действий: (методом беседы)

1. Что значит исследовать силу трения ?

2.От чего зависит её величина ?

3.Что нужно сделать, чтобы её увеличить, уменьшить?

Ход научного исследования: исходные факты → гипотеза → следствия → эксперимент → вывод.

2. По этому плану проводим исследование:

Исходные данные: (Повторение пройденного материала методом беседы)

1.Что мы знаем о силе трения?

2.Что такое сила трения?

3.Какие виды трения существуют?

4.Назвать причины трения.

5.Сравнить разного вида силы трения по величине.

6.Как измерить силу трения?

1. Проведём 1-ый эксперимент: сравним силы трения качения и трение скольжения. Результат запишем в отчёт пункт 1.

2. Проведём 2-ый эксперимент: определим, зависит ли величина силы трения от площади поверхности тел. Результат запишем в пункт 2отчёта.

3. Внимательно понаблюдаем за показаниями динамометра и движением бруска. Обнаружим, что трение покоя больше, чем трение скольжения. Вывод запишем в пункт 3 отчёта.

4. Сравним силу трения с весом тела. Для этого определим, какой вес бруска нам доступен и запишем их в таблицу, потом измерим силы трения и запишем в пункт 4.

5. Вместо поверхности стола возьмём поверхность доски и заполним в пункт 5.

9. Вычислим отношение силы трения к весу и результаты запишем в таблицу.

6. Сделаем окончательный вывод: от чего зависит сила трения и от чего зависит коэффициент трения: Сила трения зависит от веса тела и от состояния поверхности, а коэффициента трения – от состояния поверхности. Запись в тетради.

Контрольные вопросы:

1.Что такое сила трения?

2.Какие виды трения существуют?

3.Назвать причины трения.

4.Сравнить разного вида силы трения по величине.

5.Как измерить силу трения

Лабораторное занятие №3

Изучение закона сохранения импульса.

Цель работы: изучить особенности реактивного движения, создать устройства для демонстрации реактивного движения.

Ход выполнения работы:

1.Изучить физические основы реактивного движения:

анализ литературы и конспекта

2.Сконструировать модели реактивных двигателей.

Модель 1. Воздушный шар.

Воздух в шаре создает давление на оболочку по всем направлениям. Если отверстие в шарике не завязывать, то из него начнет выходить воздух, при этом сама оболочка будет двигаться в противоположном направлении. Это следует из закона сохранения импульса: импульс шара до взаимодействия равен нулю, после взаимодействия — геометрической сумме импульсов газов и оболочки, поэтому они должны приобрести равные по модулю противоположные по направлению импульсы, т.е. двигаться в противоположные стороны.

Модель 2. Крутящийся воздушный шар.

Надуйте детский воздушный шар, и прежде, чем перевязать отверстие ниткой, вставим в него согнутую под прямым углом трубочку для сока. В тарелку, размером меньше диаметра шара, налейте воду и опустите шар так, что бы трубочка была сбоку. Воздух из шара будет выходить и шар начнет вращаться по воде под действием реактивной силы.

Модель 3. «Сегнерово колесо».

Можно сделать из большого пакета для молока или пластиковой бутылки. Внизу у противоположных стенок пакета (бутылки) надо проделать отверстия (в бутылочку надо воткнуть изогнутые трубочки). К верхней части пакета (бутылки) привязать нить. Пакет (бутылку) заполним водой, при вытекании воды из отверстий возникает реактивная сила, которая вращает пакет (бутылку).

3.Сделайте вывод о проделанной работе.

Контрольные вопросы:

а) Что называется импульсом тела?

б) Сформулируйте закон сохранения импульса.

в) Какое движение называется реактивным?

г) Какой закон лежит в основе реактивного движения?

д) Приведите примеры реактивного движения.

Лабораторное занятие №4

Изучение законов сохранения на примере удара шаров и баллистического маятника.

Цель работы: экспериментальная проверка закона сохранения импульса на примере соударения двух шаров.

Приборы и принадлежности: установка с подвешенными шарами.

Импульсом материальной точки (тела) или количеством движения называется векторная величина, равная произведению массы материальной точки на ее скорость .

Описание установки

Установка состоит из двух шаров 1 и 2 (рис.2.1), подвешенных на практически нерастяжимых нитях длиной l. Электро-магнит 3 может удерживать правый шар в отклоненном положении. Отклонение шаров от положения равновесия отсчитывается по круговой шкале 4. Электронный блок 5 включает и выключает магнит и измеряет время взаимодействия шаров.

Для экспериментальной проверки закона сохранения импульса на данной установке необходимо определить скорости шаров в момент, непосредственно предшествующий удару, и скорости шаров после их соударения. На установке правый шар с массой m1отводят от положения равновесия на угол 90о и отпускают. Скорость этого шара перед ударом можно определить по углу его отклонения от вертикали, исходя из закона сохранения энергии:

Высоту можно выразить через угол : 

Для малых углов тогда .

Подставляя полученное выражение для h в уравнение, находим скорость первого шара в момент, непосредственно предшествующий удару.

По аналогичной формуле можно определить и скорости шаров после удара  и .

Для этого нужно определить углы, на которые отклоняются шары после удара  и .

На установке можно изучать абсолютно упругий и неупругий удары. В эксперименте скорости шаров после удара направлены вдоль той же прямой, что и скорость первого шара до удара — по горизонтали вдоль оси x.

Закон сохранения импульса для абсолютно упругого и неупругого ударов можно записать в проекции на ось x в скалярной форме, учитывая, что до удара второй шар покоился, и :

,

Выражая скорости шаров через углы отклонения по формуле и учитывая, что на данной установке, получаем расчетные формулы для проверки закона сохранения импульса для абсолютно упругого и неупругого ударов:, где — угол отклонения правого шара в начальный момент,  и  — углы отклонения правого и левого шара от вертикали после абсолютно упругого удара,  — угол отклонения шаров после абсолютно неупругого удара.

Ход выполнения работы:

1. Нажмите клавишу «сеть». 

2. Отожмите клавишу «пуск» 

3. Прижмите правый шар к электромагниту. 

4.Определите начальный угол отклонения правого шара  

5.Нажмите клавишу «сброс» (при этом на цифровом табло высвечиваются нули). 

6.Нажмите клавишу «пуск» и измерьте углы, на которые отклоняются шары от положения равновесия сразу после удара  и . Измерения углов повторите не менее 3 раз.

Так как одному наблюдателю невозможно определить сразу два значения, то рекомендуется поступить так: сначала измерить угол отклонения одного шара, затем произвести повторный удар из того же начального положения  и измерить угол отклонения второго шара .

Экспериментальные данные для абсолютно упругого удара.

Для проверки закона сохранения импульса для неупругого удара на один из шаров прикрепите кусочек пластилина (массой пластилина можно пренебречь и считать массу шара равной m).

Измерить углы  и . Повторить измерения не менее 3 раз. Данные измерений занести в таблицу.

Экспериментальные данные для абсолютно неупругого удара.

1.Найдите средние значения углов,  и  для абсолютно упругого удара,  и для абсолютно неупругого удара.

2.Проверьте выполнение закона сохранения импульса.

3.Сделайте вывод о проделанной работе.

Контрольные вопросы:

1.Что называется импульсом материальной точки (тела)? 

2. Что называется импульсом системы тел?

3. Сформулируйте закон сохранения импульса. Какая система тел называется замкнутой?

4. Какой удар называется абсолютно упругим и какой абсолютно неупругим?

5. Сформулируйте законы сохранения импульса и механической энергии для абсолютно упругого удара.

6. Сформулируйте законы сохранения импульса и энергии для абсолютно неупругого удара.

Лабораторное занятие №5

Сохранение механической энергии при движении тела под действием силы тяжести и упругости. Сравнение работы силы с изменением кинетической энергии тела.

1.Сохранение механической энергии при движении тела под действием сил тяжести и упругости

Цель работы: научиться измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и деформированной пружины; сравнить два значения потенциальной энергии системы.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, динамометр лабораторный, линейка, груз массой m на нити длиной l, набор картонок, толщиной порядка 2мм, краска и кисточка.

Теория:

Эксперимент проводится с грузом, прикрепленным к одному концу нити длиной l. Другой конец нити привязан к крючку динамометра. Если поднять груз, то пружина динамометра становится не деформированной и стрелка динамометра показывать ноль, при этой потенциальная энергия груза обусловлена только силой тяжести. Груз опускают и он падает вниз растягивая пружину. Если за нулевой уровень отчета потенциальной энергии взаимодействия тела с Землей взять нижнюю точку, которую он достигает при падении, то очевидно, что потенциальная энергия тела в поле силы тяжести переходит в потенциальную энергию деформации пружины динамометра:

Где максимальное удлинение пружины, K — ее жесткость.
Трудность эксперимента состоит в точном определении максимальной деформации

пружины, т.к. тело движется быстро.

Ход выполнения работы:


Для выполнения работы собирают установку, показанную на рисунке.

Динамометр укрепляется в лапке штатива.

Порядок выполнения работы.

  1. Привяжите груз к нити, другой конец нити привяжите к крючку динамометра и измерьте вес груза FT=mg (в данном случае вес груза равен его силе тяжести).

  2. Измерьте длину l нити, на которой привязан груз.

  3. На нижний конец груза нанесите немного краски.

  4. Поднимите груз до точки закрепления нити.

  5. Отпустите груз и убедитесь по отсутствию краски на столе, что груз не касается его при падении.

  6. Повторяйте опыт, каждый раз подкладывая картонки до тех пор, пока на верхней картонке не появятся следы краски.

  7. Взявшись за груз рукой, растяните пружину до его соприкосновения с верхней картонкой и измерьте динамометром максимальную силу упругости Fупр и линейкой максимальное растяжение пружины отсчитывая его от нулевого деления динамометра.

  8. Вычислите высоту, с которой падает груз: h = l + (это высота, на которую на которую смещается центр тяжести груза).

  9. Вычислите потенциальную энергию поднятого груза

  1. Вычислите энергию деформированной пружины

, где

Подставив выражение для k в формулу для энергии получим

  1. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.». Подумайте почему значения этих энергий совпадают не совсем точно.

    13.Сделайте вывод о проделанной работе.

    Контрольные вопросы:

    1. От чего зависит механическая энергия системы?

    2. Что называется полной механической энергии системы

    3. Может ли сохраняться механическая энергия системы, на которую действуют внешние силы?

    4.Чему равна потенциальная энергия упругодеформированного тела?

    2.Сравнение работы силы с изменением кинетической энергии тела.

    Цель работы: экспериментальная проверка теоремы о кинетической энергии.

    Оборудование:

    1) штативы для фронтальных работ — 2 шт.;

    2) динамометр учебный;

    3) шар;

    4) нитки;

    5) линейка измерительная 30 см с миллиметровыми делениями;

    6) весы учебные со штативом;

    7) гири Г4-210.

    Теория:

    Теорема о кинетической энергии утверждает, что работа силы, приложенной к телу, равна изменению кинетической энергии тела:

    Для экспериментальной проверки этого утверждения можно воспользоваться установкой, изображенной на рисунке 1.

    В лапке штатива закрепляют горизонтально динамометр. К его крючку привязывают шар на нити длиной 60—80 см. Па другом штативе на такой же высоте, как и динамометр, закрепляют лапку. Установив шар на краю лапки, штатив вместе с шаром отодвигают от первого штатива на такое расстояние, чтобы на шар действовала сила упругости Fynp со стороны пружины динамометра. Затем шар отпускают. Под действием силы упругости шар приобретает скорость , его кинетическая энергия изменяется от 0 до .

    .

    Для определения модуля скорости v шара, приобретенной под действием силы упругости Fупр, можно измерить дальность полета s шара при свободном падении с высоты Н:

    , .

    Отсюда модуль скорости v равен: , а изменение кинетической энергии равно.

    Сила упругости во время действия на шар по закону Гука изменяется линейно от  до Fynp2=0, среднее значение силы упругости равно

    .

    Измерив деформацию пружины динамометра x, можно вычислить работу силы упругости:.

    Задача настоящей работы состоит в проверке равенства
    , т.е. .

    Ход выполнения работы:

    1. Укрепите на штативах динамометр и лапку для шара на одинаковой высоте Н = 40 см от поверхности стола. Зацепите за крючок динамометра нить с привязанным шаром.

    2. Удерживая шар на лапке, отодвигайте штатив до тех пор, пока показание динамометра станет равным 2 Н. Отпустите шар с лапки и заметьте место его падения на столе. Опыт повторите 2—3 раза и определите среднее значение дальности полета S шара.

    3. Измерьте массу шара с помощью весов и вычислите изменение кинетической энергии шара под действием силы упругости:

    4. Измерьте деформацию пружины динамометра х при силе упругости 2 Н. Вычислите работу А силы упругости:

    5. Оцените границы погрешности определения значении изменения кинетической энергии  и работы А силы упругости.

    Динамометр имеет погрешность = 0,05H, погрешность=0,02 кг, =0,02. Относительная погрешность изменения кинетической энергии

    Абсолютная погрешность изменения кинетической энергии

    6.Сравните полученные значения работы А силы упругости и изменения кинетической энергии Ек шара.

    7.Сделайте вывод.

    Контрольные вопросы:

    1. От чего зависит механическая энергия системы?

    2. Что называется полной механической энергии системы

    3. Может ли сохраняться механическая энергия системы, на которую действуют внешние силы?

    Лабораторное занятие №6

    Измерение влажности воздуха

    Цель работы: опытным путем измерить относительную и абсолютную влажность воздуха с помощью психрометра.

    Оборудование: психрометр, психометрическая таблица.

    Теория:

    В работе измеряют относительную и абсолютную влажность воздуха с помощью психрометра. Психрометр Августа состоит из двух термометров, конец одного из них обернут полоской влажной ткани. Сухой термометр показывает температуру воздуха tcyx. За счет испарения воды с ткани второй термометр охлаждается. При этом, чем меньше водяных паров в воздухе (низкая влажность), тем интенсивнее испарение, а значит, ниже температура влажного термометра t°M. Используя психрометрическую таблицу можно по значениям температур t°cyx и fBJ1определить относительную влажность ср.

    По таблице, где р- давление водяного пара в воздухе; рн— давление насыщенного водяного пара при температуре t°cyx (определяется по таблице).

    Из формулы находим абсолютную влажность р.

    Ход выполнения работы:

    1. Смочить полоску ткани термометра водой и выждать установления температуры 15-20 минут.

    2. Снять показания термометров t°Cyx и tвл.

    3. Вычислить разность показаний термометров Δt° =Cyx-t0BJI.

    4. Используя психрометрическую таблицу, определить относительную влажность ф.

    5. Используя таблицу зависимости давления насыщенного пара от температуры, определить рн.

    6. Используя формулу, рассчитать абсолютную влажность p:

    Измеренные величины

    tсух, С˚

    tвл, С˚

    Рассчитанные величины

    Δt,С˚

    φ,%

    p, Па

    p, Па

    7. Сделайте вывод.

    Контрольные вопросы:

    1. Почему показания влажного термометра психрометра меньше показаний сухого термометра?

    2. Сухой и влажный термометр показывают одну и ту же температуру. Чему равна относительная влажность воздуха?

    3. Почему после жаркого дня роса бывает более обильной?

    4. Почему при продувании воздуха через эфир на полированной поверхности камеры гигрометра появляется роса? В какой момент появляется роса?

    5. Почему показания влажного термометра психрометра меньше показаний сухого термометра’? При каком условии разность показаний термометра наибольшая?

    6. Сухой и влажный термометры психрометра показывают одну и ту же температуру? Какова относительная влажность воздуха?

    7. Почему после жаркого дня роса бывает наиболее обильной?

    Лабораторное занятие №7

    Изменение поверхностного натяжения жидкости

    Цель: Опытным путем определить коэффициент поверхностного натяжения воды.

    Оборудование: весы и разновесы, стаканчик для сбора воды, пипетка, линейка.

    Ход выполнения работы:

    Коэффициент поверхностного натяжения может быть определен по формуле:

    (1)

    Где – сила поверхности натяжения, lдлинна границы контакта твердого тела и жидкости. В работе используется явление отрыва водяной капли от шейки пипетки. Отрыв происходит в момент, когда сила тяжести и сила поверхностного натяжения, действующие на каплю, равны по модулю. Границей контакта в данном случае является окружность – отверстие пипетки. Поэтому формула (1) запишется так:

    (2)

    Где mk – масса капли; d – диаметр шейки пипетки.

    Массу капли можно найти путём взвешивания N капель. Их общая масса составит m, значит, mk = . Тогда формула (2) принимает вид

    (3)

    Внутренний диаметр d шейки пипетки можно найти так. Остроконечный бумажный клин вставить в отверстие пипетки на глубину x и измерить линейкой длины x, x1, d1, показанные на рисунке. Диаметр d можно рассчитать из условия подобия треугольников:

    Ход выполнения работы:

    1. Записать в таблицу коэффициент поверхностного натяжения воды табл ,ускорение свободного падения g.

    2. Уравновесить на весах стаканчик.

    3. Расположив пипетку вертикально в стаканчик N = 80…120 капель.

    4. Доложить на чашку весов гири, уравновешивающие массу воды m в стаканчике.

    5. Вставить в пипетку бумажный клин до упора. Замерить длины x, x1, d1.

    6. Рассчитать диаметр шейки пипетки d:

    7.Рассчитать по формуле (3) коэффициент поверхностного натяжения воды :

    8.Расчёт погрешности измерений

    а) Рассчитать абсолютную погрешность

    = (

    б). Рассчитать относительную погрешность определения

    =

    Постоянные

    величины

    , H/м

    g, м/с2

    Измеренные

    величины

    N

    м, кг

    х, м

    x1, м

    d1, м

    Рассчитанные

    величины

    d, м

    , H/м

    * 100. %

    8.Сделайте вывод

    Контрольные вопросы:

    1.Изменится ли результат ваших вычислений, если опыт произвести в другом месте земного шара?

    2. Изменится ли результат ваших вычислений, если уменьшить диаметр пипетки?

    3. Почему в работе рекомендуется брать по возможности наибольшее число капель?

    Лабораторное занятие №8

    Наблюдение процесса кристаллизации. Изучение деформации растяжения.

    Изучение теплового расширения твердых тел.

    Изучение особенностей теплового расширения воды.

    1. Наблюдения процесса кристаллизации.

    Цель: Получение монокристалла вещества методом кристаллизации из насыщенного раствора.

    Ход выполнения работы:

    : Для выращивания кристаллов подойдет любая хорошо растворимая в воде соль (медный или железный купорос, квасцы и т.д.) Подойдет и поваренная соль — хлорид натрия.

    Приготовьте горячий насыщенный раствор соли. Для этого заполните стеклянную пол-литровую банку наполовину горячей водой. Порциями добавляйте соль и перемешивайте. Когда соль перестанет растворяться, оставьте раствор 1-2 мин, чтобы не растворившиеся кристаллы успели осесть. Отфильтруйте раствор через воронку с ватой в чистый термос или другую банку, помещенную в картонную коробку подходящего размера. Между стенками коробки и банкой проложите теплоизоляционный материал вату, тряпки, пенопластовую крошку. Закройте термос или банку крышкой и оставьте раствор медленно остывать 2- 3 ч.

    После того как раствор немного остынет, внесите в него затравку -кристаллик соли, подвешенный на нитке. Прикройте сосуд крышкой и оставьте на продолжительное время. Чтобы вырос крупный кристалл, потребуется несколько дней или даже недель.

    Обычно на нитке вырастают несколько кристаллов. Нужно периодически удалять лишние, чтобы рос один большой кристалл.

    Сделайте вывод.

    Контрольные вопросы:

    1. Изучите полученный кристалл. Сколько дней вы его выращивали?

    1. Какова его форма?

    2. Какого цвета кристалл; прозрачен он ли нет?

    3. Запишите размеры кристалла (высоту, длину, ширину) и его массу.

    4. Зарисуйте или сфотографируйте полученный кристалл.

    6.Все ли кристаллические тела анизотропны?

    2. Изучение деформации растяжения. Изучение теплового расширения твердых тел.

    Цель работы: пронаблюдать на практике тепловое расширение твёрдых тел, научиться производить расчеты линейных и объемных изменений твердых тел при изменении их температуры; учиться применять полученные теоретические знания к решению практических задач и объяснять механизм теплового расширения тел на основе молекулярно-кинетической теории.

    Оборудование: 1. Стержень алюминиевый. 2. Деревянный брусок. 3. Булавка с большой головкой и насаженной бумажной стрелкой. 4. Штатив с лапкой и муфтой. 5. Спиртовка со спиртом.6. монетка, дощечка с 2-мя гвоздями.

    Теория:

    Тепловым расширением называется увеличение линейных размеров тела и его объема, происходящие при повышении температуры.

    Расширение твердого тела вдоль одного его измерения называется линейным.

    Величина, показывающая, на какую долю начальной длины, взятой при 00С, увеличивается длина тела от нагревания его на 10С, называется коэффициентом линейного расширения и обозначается через αα = 

    Увеличение объема тел при нагревании называется объемным расширением. Объемное расширение характеризуется коэффициентом объемного расширения и обозначается через  β. β = 

    Коэффициент объемного расширения твердого тела равен утроенному коэффициенту линейного расширения, т.е β = 3α.

    Ход выполнения работы:

    1. Для наблюдения расширения твердых тел, закрепить один конец стержня в лапку штатива, а другой конец плотно прижать сверху к булавке, положенной на деревянный брусок (см. рисунок).

    2. Зажечь спиртовку, поднести к стержню и наблюдать за поведением стрелки. Что наблюдали?

    3. Убрать спиртовку, снова наблюдать за поведением стрелки. Что наблюдали?

    4. Провести наблюдение с холодной и нагретой монеткой. Осторожно! 

    5. Сделайте вывод

    Расчётные задания:

    1. Длина медной проволоки при нагревании от 00 до 1000 увеличилась на 0,17м. Определите температурные коэффициенты линейного и объёмного расширения меди, если первоначальная длина проволоки 100м.

    2. Стальной стержень при температуре 00 имеет длину 0,2 м. При какой температуре его длина будет 0, 213м?

    Контрольные вопросы:

    1.Что происходит с телами при охлаждении и расширении?

    2.Почему тела расширяются? Что изменяется у тела в процессе расширения?

    3.Когда балалайку вынесли из теплого помещения на мороз, ее стальные струны стали более натянуты. Какой вывод можно сделать о различии в тепловом расширении стали и дерева?

    4.Почему при пайке применяют легкоплавкие металлы (олово, свинец) и их сплавы?

    5.Почему стаканы из толстого стекла лопаются чаще, чем тонкостенные, при наливании в них крутого кипятка?

    3.Изучение особенностей теплового расширения воды

    Цель: изучить на практике особенности теплового расширения воды;

    Оборудование: 1 Штатив с лапкой и муфтой. 5. Спиртовка со спиртом. 6. Пробирка с пробкой и стеклянной трубкой. 7. Стакан с водой. 8. Спички, термометр, стакан с холодной водой, чайник с горячей водой (один на всех).

    Теория:

    Жидкости расширяются значительно сильнее твердых тел. Они также расширяются во всех направлениях. Вследствие большой подвижности молекул жидкость принимает форму сосуда, в котором она находится, причем следует учитывать и тепловое расширение сосуда. Расширение жидкости в трубках также представляет собой объемное расширение. Следовательно, верны формулы объемного расширения.

    Если

    V1-объем жидкости при температуре t1— м3

    V2-объем жидкости при температуре t2— м3

    ΔV-изменение объема жидкости-м3

    Β-коэффициент объемного расширения (объемный коэффициент теплового расширения),-1/К

    ΔV= V1 β Δt; V2= V1(1+ β Δt)

    Коэффициент объемного расширения β равен отношению относительного объемного расширения ΔV/V1 к разности температур Δt: β = 

    Ход выполнения работы:

    1. Для наблюдения расширения жидкости пробирку, наполненную водой и плотно закрытую пробкой с трубкой, зажать в лапке штатива и подставить под нее спиртовку (или опустить в горячую воду). Осторожно!

    5. Зажечь спиртовку, наблюдать за изменением уровня воды в трубке. Что наблюдали? Почему уровень сначала опустился?

    6. Убрать спиртовку, наблюдать за изменением уровня воды в трубке. Что наблюдали?

    7. В одинаковые колбы нальем: в одну — воду, а в другую — такой же объем спирта. Колбы закроем пробками с трубками. Начальные уровни воды и спирта в трубках отметим резиновыми кольцами. Поставим колбы в емкость с горячей водой. Уровень воды в трубках станет выше. Вода и спирт при нагревании расширяются. Но уровень в трубке колбы со спиртом выше. Значит, спирт расширяется больше.

    Вывод: Следовательно, тепловое расширение разных жидкостей, как и твердых веществ, неодинаково.

    9. Решите задачи:

    А) Какой объём имеет нефть при 00С, если при температуре 200С её объём равен 65м3?

    Б) Масса 1л спирта при 00С равна 0,8кг. Определите плотность спирта при температуре 150С.

    Контрольные вопросы:

     1. Что называют тепловым расширением тел?

    2. Приведите примеры теплового расширения жидкостей, газов.

    3. Что такое коэффициент объёмного расширения?

    Сделайте дома сами

    Используя пластиковую бутылку и тонкую трубку для сока, проведите дома опыт по тепловому расширению воздуха и воды. Результаты опыта опишите в тетради. На этот раз наполни бутылку водой до самого верха, до краев горлышка. Трубку выдвини  повыше и заткни бутылку пробкой. Вытесненный пробкой излишек воды поднимется по трубке. Пусть он там установится на высоте 1—2 см над пробкой. Если будет больше, отлей. Хорошо  было бы и здесь подкрасить воду. Теперь воду в бутылке надо нагреть. Это называется «нагревать на водяной бане». Прямо ставить бутылку на огонь нельзя: она лопнет. Следи внимательно за уровнем воды в трубке! уровень немного опустился… Уровень воды в трубке снова пополз вверх и поднимается все дальше и дальше, Он теперь выше,  чем был с самого начала. Значит, вода при нагревании все-таки расширяется. Ну, а почему же сначала уровень шел вниз? Не догадываешься? Да потому, что первой нагрелась бутылка и тоже расширилась. А потом уже тепло дошло до воды.

    Лабораторное занятие №9

    Изучение закона Ома для участка цепи, последовательного и параллельного соединения проводников.

    1. Изучение закона Ома для участка цепи

    Цель: установить связь между силой тока, напряжением и сопротивлением на участке цепи.

    Оборудование: источник питания, вольтметр, амперметр, резисторы, ключ, соединительные провода.

    Теория:

    Между тремя электрическими величинами — силой тока, напряжением, сопротивлением, существует простое, но очень важное соотношение, называемое «Законом Ома для участка цепи». Его открыл в 1827г немецкий учёный Георг Ом. Закон Ома один из основных законов электродинамики. Его знание необходимо для понимания разнообразных процессов, протекающих в электрических цепях.

    Вопросы для самоконтроля

    1)Дайте краткую характеристику физическим величинам:

    силе тока, напряжению, сопротивлению.

    2) Вспомните:

    а) Как измерить силу тока на участке цепи?

    б)Как измерить напряжение на участке цепи?

    в)Как включают в цепь амперметр и вольтметр?

    Ход выполнения работы:

    1)Соберите электрическую цепь по схеме (рисунок 1), используя резистор R сопротивлением 6 Ом

    2) Включите цепь, снимите показания измерительных приборов и занесите в таблицу.

    опыта

    Сопротивление R, Ом

    Напряжение

    U,B

    Сила тока

    I,A

    U/R

    B/Ом,A

    1

    2

    3)Соберите цепь по схеме (рисунок 2), используя 2 резистора по 6 Ом. Снимите показания приборов и занесите в таблицу.

    4).Для каждого случая вычислите отношение напряжения к сопротивлению участка цепи 5)Для каждого опыта сравните вычисленное отношение и измеренную силу тока I.

    6)Сделайте вывод, запишите его словесно и математически

    Контрольные вопросы:

    1. Зависит ли сопротивление проводника от силы тока и напряжения?

    2. Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

    3. Что такое удельное сопротивление проводника?

    4. Вольтамперная характеристика проводника. Что это такое?

    2. Изучение последовательного и параллельного соединения проводников

    Цель работы: проверить справедливость законов последовательного и параллельного соединения проводников.

    Оборудование: резистор R1 – это проволочная спираль. R2 – это лампочка.

    Ход выполнения работы:

    Задание 1. Изучение последовательного соединения.

    1. Соберите цепь по рисунку ниже. Вольтметр присоедините к точкам N и К цепи. Он в этом случае покажет напряжение на резисторе и лампочке вместе (Uобщ). Фото собранной цепи показано на фотографии ниже. Замкните цепь и запишите в таблицу показания силы тока I и Uобщ. Цепь разомкните и покажите её преподавателю.

    2. Подключите вольтметр к точкам N и S цепи и измерьте напряжение U1 на резисторе R1.

    3. Подключите вольтметр к точкам S и К цепи и измерьте напряжение U2 на лампочке.

    4. По формулам R1=U1/I, R2=U2/I, Rобщ=Uобщ/I подсчитайте сопротивления резистора, лампочки, участка, включающего резистор и лампочку. Результаты округляйте до десятых.

    5. Измеренные и подсчитанные значения занесите в таблицу.

    6. Сделайте устно вывод, подтверждаются ли опытом формулы:
    Uобщ= U1+U2 ; Rобщ= R1+R2

    Задание 2. Изучение параллельного соединения.

    1. Соберите цепь по рисунку ниже. Фото собранной цепи показано на фотографии ниже. Сопротивление реостата сделайте максимальным. Замкните цепь и запишите в таблицу показания силы тока Iобщ и U. Цепь разомкните и покажите её преподавателю .



    2. Отсоедините вольтметр, а амперметр присоедините в ветвь с резистором. Сопротивление реостата пусть остаётся максимальным. Запишите в таблицу значение силы тока I1, протекающей через резистор R1. Схема цепи смотрите на рисунке 2.


    1. Амперметр присоедините в ветвь с лампочкой. Запишите в таблицу значение силы тока

    I2, протекающей через лампочку. Схема цепи смотрите на фотографии 2.

    4. По формулам R1=U/I1, R2=U/I2, Rобщ=U/Iобщ подсчитайте сопротивления резистора, лампочки, участка, включающего резистор и лампочку. Результаты округляйте до десятых.

    5. Измеренные и подсчитанные значения занесите в таблицу.

    6. Сделайте вывод, подтверждаются ли опытом формулы?
    Iобщ= I1+ I2 ; Rобщ=

    Контрольные вопросы:

    1.При   последовательном   соединении   проводников общее значение силы тока…

    А. Равно сумме   сил токов на отдельных проводниках.

    Б. Имеет одно и тоже значение.

    В. Равно сумме обратных величин сил токов на отдельных проводниках

    Г. Среди ответов нет верного.

    2. При параллельном соединении проводников общее напряжение на участке цепи…

    А. Больше, чем напряжение на отдельных проводниках.

    Б. Одинаково на всех проводниках.

    В. Равно сумме напряжений на отдельных проводниках.

    Г. Среди ответов нет верного.

    3. Чему равно общее сопротивление трех резисторов, соединенных последовательно, если их сопротивления равны R 1 = 24 Ом,  R = 3 Ом, R 3 = 4 Ом?

    А. 31 Ом.    В. 2 Ом.     Б. 1\31  Ом.    Г. 4 Ом.  

    4. Каково общее сопротивление двух параллельно соединенных резисторов, если их сопротивления равны    R1 = 8 Ом,   R 2 = 2 Ом?

    А. 8 Ом.                        В.  1/3 Ом.                        

    Б. 10 Ом.                      Г. 1,6 Ом.  

    5. Поставить соответствие между физическими величинами и единицами измерений физических величин:

    а)напряжение ;                   1.Ом;

    б)сопротивление;               2.Джоуль;

    в)сила тока.                        3.Вольт;

                                                4.Кулон;

                                                 5.Ампер.

    Лабораторное занятие №10.

    Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника напряжения.

    1.Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника

    Цель:Опытным путём определить Э.Д.С. источника тока (ε), его внутреннее сопротивление (r).

    Теория: Для поддержания тока в проводнике необходимо, чтобы напряжение на его концах было неизменным. Для этого используется источник тока. Разность потенциалов (напряжение) на его полюсах образуется вследствие разделения зарядов на положительные и отрицательные. Работу по разделению зарядов выполняют сторонние силы (не электрического происхождения). Величина, измеряемая работой, совершенной сторонними силами при перемещении единичного электрического заряда внутри источника тока, называется электродвижущей силой источника тока (ЭДС) и выражается в вольтах. Энергия, запасенная в источнике тока, расходуется на работу по перемещению заряда в цепи с внешним сопротивлениями.

    Оборудование:

    1. Источник электрической энергии.

    2. Реостат. 3. Амперметр. 4. Вольтметр.

    5. Ключ. 6. Соединительные провода

    Ход выполнения работы:

    1.Составитьэлектрическую цепь по схеме. 2. Снять показания амперметра и вольтметра, занести их в таблицу.

    3. Изменяя сопротивление цепи при помощи реостата.

    Получить новые показания амперметра и вольтметра. Результаты измерений занести в таблицу.

    4. Вычислить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока.

    ε 1= U1+I1r;

    5.Сделайте вывод

    Контрольные вопросы:

    1. Определите сопротивление внешней части цепи, пользуясь результатами произведённых измерений.

    2. Если в изображенной на рисунке цепи одна из лампочек перегорит, то показания амперметра:

    1. Увеличится

    2.Уменьшится

    3.Не изменится

    Лабораторное занятие №11.

    Определение коэффициента полезного действия электрического чайника

    Цель: определить коэффициента полезного действия электрического чайника.

    Приборы и материалы:

    1) электрический чайник 2) источник электрического тока (розетка квартирной электропроводки), 3) водопроводная вода, 4) термометр, 5) часы с секундной стрелкой (секундомер), 6) таблица (справочник по физике), 7) калькулятор.

    Ход выполнения работы:

    Электрический чайник отключен от электрической сети. Берем в руки пустой чайник, переворачиваем его, изучаем паспорт чайника, записываем значение мощности нагревательного элемента

    1) Открываем крышку чайника, наливаем в него воду из крана объемом 1 литр (1 килограмм).

    2) Термометр помещаем в чайник с водой.

    3) Измеряем температуру воды в чайнике.

    4) Вынимаем термометр из воды.

    5) Плотно закрываем крышку чайника.

    6) Ставим чайник на платформу.

    7) Включаем чайник и засекаем время по часам. Вода в чайнике нагревается. Следим за показаниями часов.

    8) Отмечаем момент автоматического отключения чайника (момент закипания воды).

    9) Вычисляем промежуток времени, в течение которого нагревалась вода от начальной температуры до кипения.

    10) Осторожно снимаем с платформы чайник с горячей водой. Выливаем воду из чайника в раковину. Рассчитываем работу электрического тока по формуле А = Р t, где А – работа электрического тока. Р – электрическая мощность нагревательного прибора, t – промежуток времени, в течение которого нагревается вода. Вычисляем количество теплоты по формуле Q = cm (t2°-t1°), где с – удельная теплоёмкость воды, m – масса воды, t2° = 100 °C – температура кипения воды, t1° – начальная температура воды (измеряется термометром). Рассчитываем коэффициент полезного действия нагревательного элемента электрического чайника по формуле.

    Контрольные вопросы:

    1.По каким формулам определяют работу тока?

    2.Кем и когда был открыт закон Джоуля – Ленца?

    3.Как формулируется и записывается закон Джоуля – Ленца?

    4.В каких единицах измеряется работа тока?

    5.Где используется тепловое действие электрического тока?

    11.Сделайте вывод

    Лабораторное занятие №12.

    Определение температуры нити лампы накаливания

    Цель работы: определить температуру нити лампы накаливания по вольтамперной характеристике.

    Оборудование: лампа 6,3 В, амперметр, вольтметр (учебные), реостат (100 Ом),ключ, провода, монтажная панель.

    Теория:

    Температуру нити лампы накаливания можно узнать, пользуясь зависимостью сопротивления от температуры: Rt = R0(1+t). Для этого, измерив предварительно сопротивление нити лампы в холодном состоянии тестером, снять вольтамперную характеристику лампы. По найденным значениям силы тока и напряжения найти сопротивление нити и её температуру. Однако необходимо учесть, что сопротивление металлов зависит от температуры не совсем линейно. Особенно это становится заметно при больших перепадах температуры (как в данном случае). Поэтому, при измерении сопротивления в холодном состоянии выбирается 1 = 5*10 — 3 К-1, а в горячем 2 = 5,8*10 – 3 К-1.

    Ход выполнения работы:

    1.Измерьте сопротивление нити лампы в холодном состоянии с помощью тестера. Это даст возможность вычислить сопротивление нити при нуле градусов Цельсия. Для вычисления воспользуйтесь значением термического коэффициента 1.

    2. Соберите цепь согласно схеме.

    3.Снимите ВАХ, перемещая движок реостата (минимум 10 замеров). Результаты занесите в таблицу.

    4.Вычислите сопротивление и температуру для каждого замера, используя значением термического коэффициента 2 и вычисленным R0.

    5. Постройте ВАХ и зависимость R = f (t).

    6. Сделайте выводы.

    Контрольные вопросы

    1. Чем объясняется зависимость электрического сопротивления металлов от температуры?

    2. Какова физическая суть электрического сопротивления?

    3. Какова роль источника тока в электрической цепи?

    4. Каков физический смысл ЭДС?

    5. Соединить на короткое время вольтметр с источником электрической энергии, соблюдая полярность. Сравнить его показания с вычисленным по результатам опыта.

    6.От чего зависит напряжение на зажимах источника тока?

    7.Сформулируйте закон Джоуля-Ленца.

    Лабораторное занятие №13

    Изучение закона Ома для полной цепи.

    1. Изучение закона Ома для полной цепи

    Цель урока: знать закон Ома для полной цепи, уметь измерять ЭДС, знать, что такое внутреннее сопротивление;

    Оборудование: источник тока, амперметр, вольтметр, ключ, реостат, соединительные провода, калькулятор.

    Ход выполнения работы:

    А) Измерить ЭДС (показания вольтметра при разомкнутой цепи)- ε

    Б) Вычислить внутреннее сопротивление

    ε=IR+Ir ε =U+Ir r = (ε -U)/I

    U1= I1= r =

    Увеличиваем реостатом силу тока и измеряем напряжение.

    U2 = I2=

    Сделайте выводы.

    (с увеличением силы тока напряжение на клеммах источника тока уменьшается, вольтметр показывает максимальное значение равное ЭДС при разомкнутой цепи.)

    Контрольные вопросы:

    1. Какова физическая суть электрического сопротивления?

    2. Какова роль источника тока в электрической цепи?

    3. Каков физический смысл ЭДС?

    4. Соединить на короткое время вольтметр с источником электрической энергии, соблюдая полярность. Сравнить его показания с вычисленным по результатам опыта.

    5. От чего зависит напряжение на зажимах источника тока?

    Лабораторное занятие №14.

    Изучение явления электромагнитной индукции.

    Цель работы: изучить явление электромагнитной индукции

    Оборудование: миллиамперметр, катушка-моток, магнит дугообразный, источник питания, катушка с железным сердечником, реостат, ключ, провода соединительные.

    Указания к работе:

    1. Подключите катушку-моток к зажимам миллиамперметра

    2.Наблюдая за показаниями миллиамперметра, подводите один из полюсов магнита к катушке, потом на несколько секунд остановите магнит, а затем вновь приближайте его к катушке, вдвигая в нее (рис.1). Запишите, возникал ли в катушке индукционный ток во время движения магнита относительно катушки; во время его остановки.

    3.Запишите, менялся ли магнитный поток Ф, пронизывающий катушку, во время движения магнита;

    во время его остановки.

    4. На основании ваших ответов на предыдущий вопрос сделайте и запишите о том, при каком условии в катушке возникал индукционный ток.

    5. Почему при приближении магнита к катушке магнитный поток, пронизывающий эту катушку, менялся? (Для ответа на этот вопрос вспомните, во-первых, от каких величин зависит магнитный поток Ф и, во-вторых, одинаков ли модуль вектора индукции B магнитного поля постоянного магнита вблизи этого магнита и вдали от него.)

    6. О направлении тока в катушке можно судить по тому, в какую сторону от нулевого деления отклоняется стрелка миллиамперметра. Проверьте, одинаковым или различным будет направление индукционного тока в катушке при приближении к ней и удалении от нее одного и того же полюса магнита.

    7. Повторите тот же опыт, но при большей скорости движения магнита, чем в первом случае.

    При большей или меньшей скорости движения магнита относительно катушки магнитный поток Ф, пронизывающий эту катушку, менялся быстрее?

    При быстром или медленном изменение магнитного потока сквозь катушку в ней возникал больший по модулю ток?

    На основании вашего ответа на последний вопрос сделайте и запишите вывод о том, как зависит модуль силы индукционного тока, возникающего в катушке, от скорости изменения магнитного потока Ф, пронизывающего эту катушку.

    8Соберите установку для опыта по рисунку 2.

    Рис.2

    9. Проверьте, возникает ли в катушке-мотке 1 индукционный ток в следующих случаях:

    а) при замыкании и размыкании цепи, в которую включена катушка 2;

    б) при протекании через катушку 2 постоянного тока;

    в) при увеличении и уменьшении силы тока, протекающего через катушку 2, путём перемещения в соответствующую сторону движка реостата

    10. В каких из перечисленных в пункте 9 случаев меняется магнитный поток, пронизывающий катушку 1? Почему он меняется?

    11.Сделайте выводы.

    Контрольные вопросы:

    1. Дать определение явления электромагнитной индукции?

    2. Как читается правило Ленца? Как пользоваться правилом Ленца?

    3. В чем отличие силы Ампера от силы Лоренца?

    4. Сформулируйте правило буравчика для витка с током.

    5. Совершает или не совершает силы Лоренца работу при движении заряда в магнитном поле?

    Лабораторное занятие №15

    Изучение зависимости периода колебаний нитяного (или пружинного) маятника от длины нити (или массы груза)

    Цель работы: выяснить, как зависит период свободных колебаний нитяного маятника от длины нити.

    Оборудование: штатив, груз, нить, часы с секундной стрелкой, линейка.

    Ход выполнения работы:

    1.Установить штатив с держателем на край стола. Укрепить с помощью муфты лапку и подвести к ней груз на нити.

    1. Измерить линейкой длину нити маятника (l),

    2. Отклонить груз в сторону на 10 см. и отпустить.

    3. Посчитать число полных колебаний (N) за время (t).

    4. Вычислить период колебаний по формуле:

    T=t/N

    1. Опыт повторить несколько раз меняя длину нити маятника.

    1. Результаты измерений занести в таблицу

    8.Сделать вывод

    Контрольные вопросы

    1. Изменится ли период колебания маятника при перенесении с Земли на Луну?

    2. Можно ли при определении периода ограничиться двумя, тремя, десятью колебаниями? В каком случае период будет определяться более точно?

    3. Где применяется маятник?

    Лабораторное занятие №16

    Индуктивные и емкостное сопротивления цепи переменного тока 1. Индуктивные сопротивления цепи переменного тока

    Цель: научиться вычислять индуктивность катушки по её сопротивлению переменному току и сделать вывод на основе экспериментальных данных.

    Оборудование: катушка индуктивности, миллиамперметр переменного тока, вольтметр переменного тока, звуковой генератора, соединительные провода.

    Краткая теория: Катушка, включенная в цепь переменного тока, кроме активного сопротивления R, создаёт дополнительное индуктивное сопротивление XL

    Числовое значение индуктивного сопротивления пропорционально частоте колебаний v и индуктивности L:

    XL= 2πvL

    Если пренебречь активным сопротивлением катушки, её индуктивное сопротивление можно определить по закону Ома для участка цепи:

    XL=

    I – сила переменного тока в катушке;

    U – напряжение на катушке

    Ход выполнения работы:

    1. Соберите электрическую цепь по схеме. Катушку возьмите с сердечником внутри.

    1. Измерьте силу тока в катушке и напряжение на ней при частоте 1000Гц.

    1. По формуле XL = вычислите индуктивное сопротивление катушки и вычислите значение индуктивности катушки L, используя формулу: XL=2πvL

    4.Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу

    v, Гц

    Среда в катушке

    U,B

    I,103 A

    L, Гн

    Вывод

    1000

    со стержнем

    без стержня

    1. Повторите опыт, выполняя указанные в пунктах 2 и 3 действия, используя катушку без стержня.

    2. Проанализируйте полученные результаты и сделайте вывод о том, как индуктивность катушки зависит от наличия в ней сердечника. Ответьте почему?

    3. Контрольные вопросы:

    1. Что называется индуктивностью проводника?

    2. Что называют самоиндукцией?

    3. Что принимают за единицу индуктивности в СИ?

    4. Чему равна ЭДС самоиндукции?

    2.Ёмкостное сопротивления цепи переменного тока

    Цель: опытным путём установить зависимость силы тока от электроемкости конденсатора

    Оборудование: источник переменного напряжения, конденсаторы различной емкости, амперметр для переменного тока, реостат, соединительные провода

    Теория:

    Конденсатор оказывает переменному току сопротивление которое называется ёмкостным и определяется формулой:

    Xc=

    Где Xc – ёмкостное сопротивление;

    v — частота тока

    С – емкость конденсатора;

    Сила тока в цепи определяется по формуле:

    I=

    Ход выполнения работы:

    1.Соберите электрическую цепь по схеме.

    1).Определите цену деления шкалы амперметра.

    2).Включайте в электрическую цепь конденсаторы различных емкостей, и каждый раз снимайте показания амперметра

    3).Результаты измерений занесите в таблицу.

    С, мкФ

    I, A

    2.Сделайте вывод о том, как зависит сила тока от электроемкости конденсатора, при неизменной частоте переменного тока.

    Контрольные вопросы:

    1. Конденсатор в переводе – сгуститель. По какой причине прибору дано такое странное название?

    2. В чем сущность указанного метода определения емкости конденсатора?

    3. Прочесть так: емкость конденсатора прямо пропорциональна его заряду и обратно пропорциональна напряжению между его обкладками?

    4. Почему емкость конденсатора постоянна?

    5. От чего и как зависит емкость простейшего конденсатора? Запишите формулу этой емкости.

    Лабораторное занятие №17

    Изучение изображения предметов в тонкой линзе.

    Изучение интерференции и дифракции света.

    Градуировка спектроскопа и определение длины волны.

    1. Изучение изображения предметов в тонкой линзе.

    Цель работы: научиться получать различные изображения при помощи собирающей линзы.

    Теория.

    Вы знаете, что пучок параллельных лучей света после преломления их линзой собирается в ее фокусе.

    Ход выполнения работы:

    Воспользуйтесь этим фактом для приблизительного определения фокусного расстояния линзы, используя в качестве источника параллельных лучей света удаленное окно.

    Пример выполнения работы:

    Вывод:

    1. Когда источник света находится между линзой и ее фокусом его изображение увеличенное, мнимое и прямое находится с той же стороны линзы что и источник света; по мере удаления источника света на этом отрезке от линзы, увеличивается его изображение.

    2. Когда источник света находится в фокусе линзы, его изображение отсутствует.

    3. Когда источник света находится между фокусом и двойным фокусом линзы, его изображение становится действительным и перевернутым (увеличенным) изображением. Оно уменьшается по мере приближения источника света к двойному фокусу линзы.

    4. Изображение источника света, находящегося в двойном фокусе линзы, становится изображением, равным по размеру источнику света, и находится в двойном фокусе линзы по другую сторону линзы.

    5. При увеличении расстояния от источника света до линзы (d > 2F) изображение источника света уменьшается, оставаясь действительным и перевернутым, и приближаясь к фокусу линзы. Это всего лишь уточненный способ определения фокусного расстояния линзы.

    Контрольные вопросы:

     

    1.Какие законы лежат в основе геометрической оптики?

    2. В однородной прозрачной среде свет распространяется ….(прямолинейно ).
    3. Скорость света в вакууме….(3·10 8м/с).
    4. При переходе из вакуума в среду скорость света…(уменьшается в n раз).
    5. На границе раздела двух сред свет частично….(отражается и преломляется).
    6. При переходе света из оптически более плотной среды в менее плотную среду наблюдается явление …(полного отражения).
    7. Луч света падает на поверхность зеркала под углом 30° к горизонту, то угол отражения равен…….(60°).
    8. Линия, вдоль которой распространяется энергия световой волны называется…..(световой луч).
    9. Человек стоял перед плоским зеркалом, затем отошел от него на расстояние 1м. При этом расстояние между человеком и его изображением увеличилось на ……( на 2м).
    10. Запишите закон преломления света…..

    2.Изучение интерференции и дифракции света.

    Цель работы: наблюдение интерференции и дифракции света.

    Приборы и материалы: пластины стеклянные-2шт., лампа с прямой нитью накала, штангенциркуль.

    Ход выполнения работы:

    Наблюдение интерференции

    1. Стеклянные пластины тщательно протереть, сложить вместе и сжать пальцами.

    2. Рассмотреть пластины в отраженном свете на темном фоне (располагать их надо так, чтобы на поверхности стекла не образовывались слишком яркие блики от окон или от белых стен).

    3. В отдельных местах соприкосновения пластин наблюдать яркие радужные кольцеобразные или неправильной формы полосы.

    4. Заметить изменения формы и расположения полученных интерференционных полос с изменением нажима.

    5. Попытаться увидеть интерференционную картину в проходящем свете. Наблюдение дифракции

    1. Установить между губками штангенциркуля щель шириной 0.5 мм.

    2. Приставить щель вплотную к глазу, расположив её вертикально.

    3. Смотря сквозь щель на вертикально расположенную светящуюся нить лампы, наблюдать по обе стороны нити радужные полосы (дифракционные спектры)

    4. Изменяя ширину щели от 0.5 до 0.8 мм, заметить, как это влияет на дифракционные спектры.

    Сделайте вывод

    Контрольные вопросы:

    1. Какое физическое явление называют дифракцией? Каким волновым процессам оно свойственно.

    2. Кто разработал теорию дифракции?

    3. Почему нулевой максимум дифракционного спектра белого света – белая полоса, а максимум высших порядков набор цветных полос?

    4. Какое физическое явление называют интерференция? Каким волновым процессам оно свойственно.

    3.Градуировка спектроскопа и определение длины волны.

    Цель: проградуировать спектроскоп и определить длины волн спектральных линий.

    Оборудование: спектроскоп двухтрубный с микрометрическим винтом; трубки спектральные; прибор для зажигания спектральных трубок «Спектр-1».

    Ход выполнения работы.

    Задание 1.

    Получение градуировочной кривой спектроскопа.

    1. Ознакомьтесь с устройством спектроскопа.

    2. Прибор «Спектр-1» с находящейся внутри него газоразрядной трубкой подключите к источнику питания с напряжением 6 В и включите источник в сеть.

    3. Расположите щель коллиматора вплотную к газоразрядной трубке. Настройте окуляр на резкость и, вращая микрометрический винт, постарайтесь постепенно увидеть все области спектра.

    4. С помощью винта переместите зрительную трубу вправо так, чтобы в поле зрения появилась крайняя красная линия. Совместите изображение нити с этой линией и запишите показание микрометра в таблицу

    Задание 2. Измерение длин волн, соответствующих спектральным линиям разреженных газов.

    1. Замените газоразрядную трубку и настройте спектроскоп для наблюдения нового спектра.

    2. Подготовьте новую таблицу и занесите в нее показания микрометрического винта, соответствующие цветам спектральных линий.

    3. По полученной Вами градуировочной кривой определите длины волн наблюдаемых линий. С помощью таблиц, данных в приложении к работе, найдите химический элемент, которому принадлежат эти линии.

    4. Рассчитайте погрешность полученных значений длин волн.

    5.Вывод.

    Контрольные вопросы

    1. Что такое спектр излучения? Какие виды спектров излучения Вы знаете? 2. 2.Что такое спектр поглощения? Как можно получить спектр поглощения?

    3. Что такое спектральный анализ? Где применяют спектральный анализ?

    4. Что представляют собой приборы для изучения спектров? В чем отличие спектрометра (или спектрографа) от спектроскопа? спектроскопа?

    5. В чем состоит различие между спектрами, полученными с помощью призмы и с помощью дифракционной решетки?

    Форма контроля выполнения лабораторных занятий:

    1.Систематическая проверка тетрадей.

    2..Проверка отчёта о выполнении лабораторного занятия.

    3. Проверка вывода по результатам выполненной работы.

    4. Проверка ответов на контрольные вопросы.

    Критерии оценки выполнения лабораторных занятий

    Курсант должен предоставить отчёт о выполнении лабораторного занятия, сделать выводы по результатам выполненной работы; ответить на контрольные вопросы;

    защитить выполненную работу, полученные результаты.

    При успешной защите курсанту проставляется «зачёт», в противном случае отчёт возвращается курсанту на доработку.

    При выполнении всех лабораторных занятий , предусмотренных рабочей программой, курсант получает «зачёт».

    Критерии оценки

    Показатели оценки знаний и умений

    «5» — изложение полученных знаний в устной, письменной или графической форме полное, в соответствии с требованиями учебной программы; выделение существенных признаков изученного с помощью операций анализа и синтеза; выявление существенных признаков причинно следственных связей, формулировка выводов и обобщений; самостоятельное применение знаний в практической деятельности, выполнение заданий как воспроизводящего, так и творческого характера;

    «4» — изложение полученных знаний в устной, письменной или графической форме полное, в соответствии с требованиями учебной программы; допускаются отдельные незначительные ошибки; при выделении существенных признаков изученного также допускаются отдельные незначительные ошибки; в практической, самостоятельной деятельности возможна небольшая помощь преподавателя;

    «3» — изложение полученных знаний неполное, однако это не препятствует освоению последующего программного материала; допускаются отдельные существенные ошибки, исправляемые с помощью преподавателя; имеются затруднения при выделении существенных признаков изученного и формулировке выводов. Недостаточная самостоятельность в практической деятельности и выполнении заданий воспроизводящего характера;

    «2» — изложение учебного материала неполное, бессистемное; имеются существенные ошибки, которые учащийся не в состоянии исправить даже с помощью преподавателя; неумение производить простейшие операции синтеза и анализа, делать обобщения и выводы;

    «1» — полное незнание и непонимание учебного материала или отказ отвечать.

    Мембрана гибкая — Энциклопедия по машиностроению XXL

    Вариации объема фазы и площади мембраны в этом выражении являются взаимосвязанными, поскольку мембрана гибкая. Вариации остальных переменных независимые. Поэтому наряду с (14.13), (14.15) должно выполняться следующее условие механического равновесия системы  [c.137]

    Уравнения (15.4), (15.5) определяют и равновесную форму граничной поверхности между фазами, т. е. форму поверхности, при которой реализуется минимум соответствующего термодинамического потенциала системы. Действительно, если мембрана гибкая и на нее действуют только силы, учтенные в (15.3), то разность давлений на мембране должна быть одинаковой в любой точке ее поверхности, так как в каждой из фаз давления изотропны (гидростатические давления), т. е.  [c.138]


    Условие f > соблюдается—мембрана гибкая.  [c.138]

    Проверяем по формуле (5-5), является ли мембрана гибкой  [c.138]

    В приведенных выше выводах и уравнениях термодинамические свойства мембраны не учитывались, поскольку речь шла о системах с жесткими мембранами, не изменяющими своего размера и формы. В случае гибких упругих мембран надо учитывать их вклад во внутреннюю энергию системы за счет энергии натяжения мембраны и работу изменения ее площади (5.8). Если мембраной является естественная поверхность раздела фаз, то коэффициент поверхностного натяжения граничной поверхности а является частной производной от внутренней энергии  [c.137]

    Изменения давления, происходящие при распределении звуковых волн в воздухе, позволяют использовать для их объективной регистрации и изучения электродинамический микрофон. В электродинамическом микрофоне имеется тонкая и гибкая мембрана 1, к которой приклеена легкая проволочная катушка 2. Катушка расположена в кольцевом зазоре  [c.192]

    Если wib превышает указанные ориентировочные пределы, то пластина одновременно работает и на изгиб, и как мембрана. Значимость этих факторов становится одного порядка, причем с ростом прогибов роль растяжения срединной поверхности возрастает. Такая пластина называется гибкой. Например, железобетонные плиты обычно бывают жесткими пластинами, а тонкие стальные листы в зависимости от нагрузки могут работать и как жесткие, и как гибкие. Здесь есть аналогия со стержнем, который, будучи достаточно тонким при закрепленных концах, работает как балка, а при больших прогибах начинает работать как нить на растяжение (см. 3.5, рис. 3.7).  [c.147]

    У гидромашин (рис. 11.1) рабочая камера (или рабочие камеры) образована рабочими поверхностями корпуса 1 (цилиндра) и поршня 2 (поршневая полость), а также корпуса /, поршня 2 и штока 3 (штоковая полость) корпуса 7 с зубчатыми колесами 8 и 9 корпуса 10, ротора 11 и пластин 12] корпуса /3, винтов 14 и 15] корпуса 16, мембраны 17 (гибкой перегородки) и штока 18] сильфона 19 (гофрированной коробки с эластичны.мн стенками).  [c.155]

    Оказывается, что задача определения функции напряжений Ф x-i, j j) при кручении бруса и задача нахождения прогибов однородной идеально гибкой мембраны, равномерно натянутой на жесткий контур и нагруженной равномерным давлением, являются одной и той же математической задачей, если контур, на который натянута мембрана, совпадает с контуром поперечного сечения бруса.  [c.148]

    Уравнение (11.48) и контурное условие (11.49) для функции Oi тождественны с уравнениями поверхности идеально гибкой мембраны, натянутой на жесткий круговой контур радиуса г и подверженной давлению, меняющемуся по закону, выраженному правой частью равенства (11.48). Легко найти, что функция имеет вид  [c.378]


    Так как функция Фх должна удовлетворять условию (11.77), то можно потребовать, чтобы функции Ф , Ф11, и Ф , на контуре L поперечного сечения бруса также были равны нулю. Тогда уравнения (11.79), (11.80) и (11.82) вместе с контурными условиями для функций Ф1а> 1б и Ф е тождественны с уравнениями поверхности идеально гибкой мембраны, натянутой на жесткий прямоугольный контур, совпадающий G контуром поперечного сечения бруса, и подверженной давлению, изменяющемуся по законам, выраженным правыми частями уравнений (11.79), (11.80) и (11.82).  [c.385]

    В случае узкого прямоугольного поперечного сечения простое решение задач о кручении можно получить с помощью мембранной аналогии. Пренебрегая влиянием коротких сторон прямоугольника и предполагая, что поверхность слегка прогнувшейся мембраны является цилиндрической (рис. 160,6), можно определить прогибы мембраны из элементарной формулы для параболической кривой прогибов гибкой нити при равномерной поперечной нагрузке  [c.313]

    На основе мембранной аналогии можно видеть, что, действуя описанным способом, мы получаем в общем случае значения крутящего момента, меньшие точного. Идеально гибкая мембрана, равномерно растянутая на границе и находящаяся под действием равномерной нагрузки, является системой с бесконечным числом степеней свободы. Оставление в ряде (в) малого числа членов эквивалентно наложению на систему связей, которые приводят  [c.324]

    Абсолютно гибкие, или мембраны, в случае, когда прогиб превышает толщину в 5 раз и более. При их расчете можно пренебрегать напряжениями изгиба, которые малы по сравнению с напряжениями в срединной поверхности.  [c.386]

    Абсолютно гибкие пластины мембраны). Предполагается, что мембраны представляют собой настолько гибкие пластины, что поперечная нагрузка, действующая на них, уравновешивается только составляющими от усилий в срединной поверхности (цепных усилий). Величиной же изгибающих и крутящего моментов, равно как и поперечными силами, можно пренебречь. В то же время прогибы и искривления срединной поверхности достаточно велики, поэтому уравнение совместности деформаций имеет такой же вид, как и в системе (6.19).  [c.130]

    Если стрела прогиба превышает толщину более чем в пять раз, то мембрану обычно рассматривают как абсолютно гибкую. Для такой мембраны при у = 0,3 точное значение максимального прогиба в центре  [c.501]

    В области больших прогибов напряжения растяжения в абсолютно гибкой мембране можно считать равномерно распределенными по ее толщине. Наибольшие напряжения возникают в центре мембраны (при г = 0)  [c.501]

    С уменьшением поперечных размеров брус теряет способность воспринимать изгибающие моменты. В этом случае целесообразно принять, что его жесткости на изгиб, кручение и на сжатие равны нулю, и что он способен работать только на растяжение. Так рождается схема гибкой нити. Ее дальнейшим развитием является схема гибкой сети. Аналогичные обстоятельства позволяют создать схемы мембраны и гибкой оболочки, способных работать только на растяжение.  [c.23]

    Пластинки абсолютно гибкие (мембраны) — Расчёт 1 (2-я) — 263  [c.195]

    Цилиндрическая жёсткость 1 (2-я) — 262 Пластинки абсолютно гибкие (мембраны)-  [c.196]

    С целью экономии металла резервуары иногда проектируются сферическими. Эти конструкции применяют главным образом в США. Для уменьшения веса перекрытий крыши делают гибкими без стропил, работающими как мембраны, опирающиеся на периметры цилиндра и в центре на поддерживающую колонну.  [c.888]

    Фиг. 33. Классификация газовых редуцирующих систем 7 — клапан высокого давления 2 — рычажный механизм г —мембрана 4 — клапан 2-й ступени 5 — разгрузочная мембрана 5 — гибкая лента 7 — регулировочный винт
    В качестве калориметра, чувствительного к изменению давления, служит герметичная кювета, наполненная газом, который нагревается за счет поглощенной энергии. В результате его расширения прогибается гибкая мембрана, являющаяся зеркалом для оптической регистрации смещения [143].  [c.98]
    В последние годы получили распространение активные пневматические амортизаторы, обеспечивающие низкие собственные частоты установленного на них оборудования и ограничивающие амплитуды колебаний при низкочастотном возбуждении. В работе рассмотрен мембранный амортизатор, выполненный по схеме аппарата на воздушной подушке (АВП) с гибким ограждением [1]. В качестве источника воздуха используется заводская воздушная магистраль давлением /Jq. При подаче воздуха мембрана 3 принимает торообразную форму и образует нагнетательную  [c.72]

    Точное определение статических характеристик амортизатора затруднено из-за сложности описания процессов истечения газа через кольцеобразную щель переменного профиля и зависимости профиля от деформации мембраны. В приближенном решении считаем материал мембраны абсолютно гибким и нерастяжимым. Образующую мембраны представляем в виде гладкой кривой, состоящей из трех участков двух дуг радиусов pj и и прямой длиной Z (см. рис. 1). Течение газа через кольцевой  [c.72]

    Центральная труба, служащая для подвода сплава натрий—калий, имеет двойные стенки (для тепловой изоляции), зазор между которыми заполняют аргоном. С верхней плитой она соединена при помощи гибкой мембраны, компенсирующей разницу тепловых удлинений между нею и трубным пучком.  [c.122]

    Определение тягового усилия абсолютно гибкой мембраны с жестким центром см. [5 .  [c.211]

    Расчет листов обшивки производится так же, как расчет гибких мембран. Напомним, что мембраной называется такая тонкая пластина, в которой напряжения можно считать равномерно распределенными по ее толщине. Так как мембрана обладает большой гибкостью, то она не воспринимает изгибающих и скручивающих моментов и рассчитывается только на растягивающие  [c.134]

    Имеются довольно сложные формулы, 1ПО которым рассчитываются толщина, прогиб и напряжения гибких мембран. В настоящей работе предлагается использовать приближенные методы, которые значительно проще и по результатам расчетов мало отличаются от точных методов. В основе этих методов лежит предположение [Л. 27], что после прогиба мембрана становится сферической или цилиндрической в зависимости от схемы ее закрепления.  [c.134]

    Представим теперь всю эластичную часть мембраны в виде гибкой нити. Силы, действующие на мембрану в этом случае (рис. 3, б), могут быть приведены к двум силам Ti и Т2 в местах  [c.269]

    Формула для определения равнодействующей всех сил, приложенной к точке С (рис. 3, б) гибкой нити, которая заменяет эластичную часть мембраны, имеет вид  [c.269]

    Для определения растяжения волокон мембраны в меридиональном направлении воспользуемся, как и выше, заменой эластичной части мембраны эквивалентной гибкой нитью. Удлинение волокна под действием растягивающей силы  [c.271]

    Способность мембраны передавать или не передавать энергию и вещества из одной части системы в другую формулируется на языке ее качественных характеристик. Различают мембраны подвижные и неподвижные, гибкие и жесткие, проницаемые для конкретных частиц и непроницаемые. Подвижные мембраны способны изменять свое положение в пространстве, а гибкие — изменять свою площадь и форму. В первом случае изменяются объемы разделяемых частей системы, а во втором — в дополнение к этому может производиться работа изменения величины поверхности мембраны. Если жесткая неподвижная мембрана разделяет два раствора и проницаема ие для всех, а лишь для некоторых из нейтральных компонентов (полупроницаемая мембрана), то такую систему называют осмотической, если же при этом мембрана способна пропускать через себя ионы, то говорят о равновесии Доннана. При подвижных мембранах с ионной проводимостью имеют дело с обычными электрохимическими равновесиями. Частным случаем мембранных равновесий можно считать и гетерогенные равновесия между различными фазами вещества. Роль мембраны в этом случае играет естественная граница раздела соприкасающихся фаз ( поверхностная фаза ) или другая фаза, в равновесии с которой находятся гомогенные части системы. Например, при так называемых изопьестических (изобарических) равновесиях ею может сл) жить общая паровая фаза над жидкими растворами с различающимися концентрациями веществ.  [c.129]

    К упругим звеньям относят пружины, мембраны и др., упругие деформации которых оказывают существенное влияние на работу механизма. К гибким звеньям относят ремни, цепи, канаты и др. К жидким и газообразным относят масло, воду, расплавленный металл, газ, воздух и т. п., перемещаемые по специальным коммуникаииям внутри машины или прибора.  [c.17]

    Химостойкие детали трубы, гибкие шланги, вентили, краны, клапаны, мембраны, насосы, вставки аккумуляторных баков, применяемые в среде щелочей, кислот и окислителей, растворителей без ограничения концентрациц и при (—195) 4- (+250) °С. Трубы обладают высокой прочностью (до 15 am).  [c.69]

    Внутренний контур будет представлять собой очертание жесткого дна. соединенного с наружным контуром посредством гибкой мембраны. Поверхность мембраны, подверженной равномерному давлению газовой среды, будет описываться уравнением, аналогичным уравнению, описывающему закон распределения касательных напряжений. Все приведенные выше рассуждения по сопоставлению уравнения прогиба мембраны и распределения в стержне касательных напряжений сохранят свою силу. Так же, как и в случае односвязной задачи, крутящий момент будет равен удвоенному объему пространства, заключенного под мембраной. В данном случае необходимо брать объем, заключенный между плоскостяд1и контуров и поверхностью мембраны.  [c.86]

    К подвижной системе 2 электродинамического возбудителя 1 колебаний через фланец 3 присоединяется резонансная мембрана 4, несущая активный захват 5 для испытуемого образца 6. Второй конец образца зажимают в захват 7, расположенный на упругом элементе датчика 8 силы, имеющего тепзорезисторные преобразователи. Датчик силы и регистрирующая аппаратура 15 образуют динамометр для измерения переменных сил, действующих на испытуемый образец. Датчик силы 8 укреплен на инерционном элементе 10 с большой массой. Инерционный элемент для снижения потерь энергии подвешен на гибких тросах 9. К инерционному элементу прикреплен пьезоэлектрический датчик 11 виброускорения. Сигнал с датчика ускорения подается на блок 18 управления, входящий в комплект вибростенда ВЭДС-100. Этот блок содержит измеритель виброускорения, задающий генератор со сканированием частоты и систему автоматического поддержания заданного виброускорения. Выходной сигнал с блока 18 поступает на вход усилителя 21 мощности, питающего через резистор 14 подвижную катушку электродинамического возбудителя колебаний. Машина работает в режиме прямого эластичного нагружения на резонансной частоте, определяемой жесткостью испытуемого образца.  [c.131]


    Абсолютно гибкая круглая пластинка мембрана) с несмещающимся контуром подвергается действию рае номерно распределенной нагрузки.  [c.197]

    Предположим, что гибкая прямоугольная мембрана оперта на два канта А w В (рис. 5-5) и длина Мембрана нагружена равномерно распределенной нагрузкой q (кгс1см ) и изогнулась по цилиндрической поверхности с радиусом  [c.134]

    Предположим теперь, что рассматриваемую трапецию можно заменить гибкой нитью, обладающей теми же физическими свойствами, что и ткань мембраны, и несущей такую же нагрузку, что и выделенная полоска. Считаем, что форма этой нити под рассматриваемой нагрузкой подобна форме медидиональ-  [c.267]

    МЕМБРАНА (от лат. membrana — кожица, перепонка) — гибкая гонкая плёнка, приведённая внеш. силами в состояние натяжения и обладающая вследствие этого упругостью. М. относится к двумерным колебат. система. с распределёнными параметрами. Упругость М. зависит только от её материала и натяжения в отличие от пластинки, упругость к-рой определяется её материалом и толщиной. Отличит, особенность М.— необходимость её закрепления по внеш. контуру. Примерами М. являются кожа, натянутая на барабан, тонкая металлич. фольга, играющая роль подвижной обкладки конденсаторного микрофона, и др,  [c.96]

    При деформации изгиба П. получают перемещения (прогибы), нормальные к срединной плоскости. Поверхность, к-рую образуют точки срединной плоскости после деформации, наз. срединной поверхностью. В зависимости от характера напряжённого состояния различают жёсткие, гибкие П. и абсолютно гибкие, или мембраны. В случае жёсткой П. можно без заметной погрешности считать срединный слой нейтральным, т. е. свободным от напряжений. Гибкими паз. П., яра расчёте к-рых необходимо наряду с чисто из-гибными учитывать напряжения, равномерно распределённые по толщине (мембранные напряжения). В мембранах преобладающими являются напряжения в срединной поверхности напряжениями же собственно изгиба здесь можно пренебречь.  [c.626]

    Газопроницаемость — техническая характеристика, определяющая поток.газа или пара через уплотнитель (мембраны, диафрагмы, герметичные прокладки). На газопроницаемость влияют состав, структура полимера, а также природа газа и температура. Газопроницаемость меньше у полярных линейных полимеров, а при наличии гибких макромолекул (каучуки) она возраеилет. При введении пластификаторов газопроницаемость растет, а минеральные наполнители ее снижают. На газопроницаемость влияет вид газа для азота она меньше, чем для кислорода и особенно водорода.  [c.447]

    Для поддержания рабочего давления газа постоянным служит гибкая мембрана I, которая, с одной стороны, находится под давлением газа после редуцирующего клапана 7 (рабочим давлением), а с другой — под действием усилия главной нажимной пружины II или установочного давления (в редукторах с беспружинной регулировкой рабочего давления).  [c.212]

    В зависимости от влияния сил, действующих в срединной плоскости гошстины, на прогаб различают пластины габкие большого и небольшого прогибов жесткие абсолютно гибкие (мембраны).  [c.120]


    Датчики Long GMI для обнаружения повторяющихся деформаций поверхности: Достижения AIP: Том 7, № 5

    I. ВВЕДЕНИЕ

    Раздел:

    ChooseНаверх страницыРЕЗЮМЕ. ВВЕДЕНИЕ < 1 1. NM White и JD Turner, Measurement Science and Technology 8 , 1 (1997). https://doi.org/10.1088/0957-0233/8/1/002 (ii) изменение разности потенциалов между двумя пластинами пьезоэлектрического устройства при напряжении, 2 2. I. Giorgio, L. Галантуччи, А. Делла Корте и Д. Дель Весково, Международный журнал прикладной электромагнетики и механики 47 , 1051 (2015).https://doi.org/10.3233/JAE-140148 и (iii) изменение затухания света в оптическом волокне при его изгибе. 3 3. J. W. Berthold, W. L. Ghering, and D. Varshneya, IEEE Journal of Lightwave Technology 5 , 870 (1987). https://doi.org/10.1109/JLT.1987.1075594 В предыдущей работе мы показали, что гигантские магнитоимпедансные датчики (GMI) могут успешно использоваться для обнаружения небольших движений, вызванных дыханием и даже сердечными сокращениями человека в состоянии покоя. лежа на гибком матрасе, контролируя выходной сигнал датчика, расположенного между матрасом и контролируемым человеком. 4 4. С. Кородеану, Х. Кириак, Л. Радулеску и Н. Лупу, Журнал прикладной физики 115 , 17A301 (2014). https://doi.org/10.1063/1.4855976

    В данной работе мы сообщаем о результатах детального анализа работы длинного датчика ГМИ, в том числе влияния внешних параметров на чувствительность датчика, с целью оптимизации и настройки его ответ по мере необходимости различными приложениями.

    II. КОНСТРУКЦИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ДАТЧИКА

    Раздел:

    ChooseНаверх страницыРЕЗЮМЕ.ВВЕДЕНИЕII. КОНСТРУКЦИЯ И РАБОТА ДАТЧИКА… < 68,18 Fe 4,32 Si 12,5 B 15 с высокой магнитной проницаемостью, на который намотана катушка обнаружения, а также электронной схемы для генерации и обработки сигнала возбуждения. Аморфная проволока, используемая в качестве чувствительного элемента, имеет длину 1 м, диаметр 100 мкм и была изготовлена ​​методом формования расплава во вращающейся воде 5 5.М. Хагивара и А. Иноуэ, «Быстроотвержденные сплавы : процессы, структуры, свойства, применение », под редакцией Х. Х. Либермана (Марсель Деккер, Нью-Йорк, 1993), с. 139. в Национальном институте исследований и разработок технической физики — Яссы, Румыния. Катушка обнаружения содержит 8000 витков и намотана непосредственно на чувствительный элемент эмалированным медным проводом диаметром 0,1 мм. Изображение датчика и блок-схема соответствующей электроники показаны на рис. 1. При подаче короткого прямоугольного импульса тока через аморфную проволоку в окружающей приемной катушке получается ответный сигнал.Профиль и амплитуда индуцированного пика зависят от диаметра, длины и состава аморфной проволоки, количества витков окружающей катушки, интенсивности импульса тока, проходящего через магнитную проволоку, внешних магнитных полей и механического напряжения, на которое чувствительный элемент подвергается воздействию. Такое поведение обусловлено специфическими свойствами аморфных магнитопроводов, используемых в качестве чувствительных элементов, с очень высокой магнитной проницаемостью (> 1,2 * 10 5 ), а также особой структурой магнитных доменов ядро-оболочка с внутренним ядром. намагниченная в осевом направлении и наружная оболочка намагниченная по окружности 6,7 6.С. А. Баранов, Металловедение и термическая обработка 43 , 167 (2001). https://doi.org/10.1023/a:101056967. Т. Утияма, К. Мори, Ю. Хонкура и Л. В. Панина, IEEE Transaction on Magnetics 42 , 3833 (2012). https://doi.org/10.1109/TMAG.2012.2198627 (рис. 2). В отсутствие какого-либо внешнего магнитного поля внешняя оболочка намагничена по окружности. Круговое магнитное поле, создаваемое приложенным импульсом тока, вращает намагниченность внешней оболочки в плоскости, перпендикулярной проводу.Как следствие, магнитный поток не меняется в направлении провода, и напряжение на приемной катушке будет равно нулю. Когда магнитная проволока помещена во внешнее продольное магнитное поле, магнитные моменты внешних магнитных доменов будут наклонены в продольном направлении. Круговое магнитное поле, создаваемое приложенным импульсным током, изменит ориентацию магнитных моментов обратно на окружное направление. Эта переориентация создает переменное магнитное поле, которое имеет компоненты в продольном направлении.Продольная составляющая магнитного поля создает в сенсорной катушке переменное напряжение с амплитудой, пропорциональной напряженности внешнего поля (при фиксированных амплитудах импульсного тока через магнитопровод). Электроника датчика была разработана для генерации импульсов тока с выбираемой интенсивностью, продолжительностью и частотой (используя генератор импульсов) и для обработки сигналов, поступающих от сенсорной катушки, в соответствии с потребностями применения. Синхронный детектор преобразует импульс, наведенный в приемной катушке, в постоянное напряжение (при фиксированных параметрах) путем подачи наведенного пикового напряжения на конденсатор. 4,7,8 4. С. Кородеану, Х. Кириак, Л. Радулеску и Н. Лупу, Журнал прикладной физики 115 , 17A301 (2014). https://doi.org/10.1063/1.48559767. Т. Утияма, К. Мори, Ю. Хонкура и Л. В. Панина, IEEE Transaction on Magnetics 42 , 3833 (2012). https://doi.org/10.1109/TMAG.2012.21986278. Т. Утияма, С. Накаяма, К. Мори и К. Бусида, Physica Status Solidi 206 , 639 (2009). https://doi.org/10.1002/pssa.200881251 Устройство обработки сигналов содержит усилитель и полосовой фильтр для повышения способности устройства обнаруживать небольшие повторяющиеся изменения в нужной частотной области.Для измерения отклика датчика в зависимости от различных параметров воздействия, для проверки чувствительности в статических условиях мы используем только фильтр верхних частот, чтобы удалить внешний шум и сохранить постоянную составляющую сигнала. Магнитопровод возбуждался импульсным током длительностью 12 мкс и амплитудой 15 мА с частотой повторения 35 кГц.

    III. ОЦЕНКА И ТЕСТИРОВАНИЕ ДАТЧИКОВ

    Раздел:

    ChooseНаверх страницыРЕЗЮМЕ. ВВЕДЕНИЕII. КОНСТРУКЦИЯ И РАБОТА ДАТЧИКА…III. ОЦЕНКА ДАТЧИКА И… < R был рассчитан по формуле: R = (4⋅ d 2 + l 2 )/(8⋅ d 8 d 3 ), где смещение середины полосы от прямого горизонтального положения и l — расстояние между двумя опорными точками.Два длинных датчика GMI размещены на верхней поверхности пластиковой полосы; один свободный, а другой закрепленный (приклеенный) на полосе. Реакция датчика на изгиб измерялась в отсутствие каких-либо внешних полей (экранированное помещение) и во внешнем магнитном поле Земли при исходной прямолинейной ориентации провода вдоль E-V, N-S и вертикальной ориентации. Во всех экспериментах большое внимание уделялось подготовке сенсора и расположению сенсора на поверхности, чтобы избежать скручивания аморфной проволоки.Сила кручения в аморфной проволоке приводит к образованию спиральной доменной структуры во внешней оболочке, 9,10 9. Техедор М., Эрнандо Б., Санчес М.Л., Прида В.М., Васкес М., Journal of Physics D: Прикладная физика 31 , 3331 (1998). https://doi.org/10.1088/0022-3727/31/23/00510. М. Л. Санчес, В. М. Прида, Дж. Д. Сантос, Дж. Оливера, Т. Санчес, Х. Гарсия, М. Х. Перес и Б. Эрнандо, Applied Physics A 104 , 433 (2011). https://doi.org/10.1007/s00339-011-6245-z, который влияет на выходной сигнал датчика, создавая асимметричный отклик для положительных и отрицательных магнитных полей соответственно.На рис. 4 показано изменение выходного напряжения датчика в зависимости от радиуса изгиба. Прямой датчик ( d = 0) соответствует 1/ R = 0, тогда как отрицательные и положительные значения 1/ R соответствуют отрицательным и положительным смещениям полосы соответственно. По соглашению мы выбрали отрицательное смещение для протягивания вниз и положительное для выталкивания полосы, как показано на рисунке 3. Свободно изогнутый датчик показывает симметричное поведение для положительного и отрицательного смещения изгиба соответственно.Изменение выходного напряжения датчика в зависимости от радиуса изгиба зависит от величины продольного магнитного поля, в котором находится изначально прямой датчик, и уменьшается с абсолютным уменьшением радиуса изгиба (смещение увеличивается). Такое поведение можно просто объяснить, принимая во внимание, что этот тип датчика чувствителен только к локально параллельным компонентам поля. Когда датчик изогнут, внешнее магнитное поле больше не параллельно всей длине датчика; середина остается в направлении поля, в то время как остальная часть датчика наклонена по отношению к направлению поля под углом, который постепенно увеличивается от середины к концам датчика, вызывая уменьшение выходного напряжения.Изгибная чувствительность свободного датчика (на относительной линейной стороне характеристики) изменяется от нуля в отсутствие внешнего магнитного поля (экранированное помещение) до 60 мВ/м −1 для НС начальной ориентации датчика (∼17 А/м) и 100 мВ/м −1 при вертикальной начальной ориентации датчика (∼35 А/м). асимметричное поведение при положительном и отрицательном значении радиуса изгиба, более чувствительное при малых деформациях.Характеристики фиксированного датчика показывают относительно линейные характеристики в областях с низкой деформацией. Как и в случае датчика со свободным изгибом, на характеристики изгиба сильно влияет начальное значение внешнего магнитного поля. Мы предполагаем, что такое поведение связано с вкладом внешнего магнитного поля и изменением локального магнитного поля, а также с изменением внутренних напряжений сердечника аморфного магнитопровода, поскольку известно, что на магнитные свойства и отклик ГМИ влияют внешние воздействия. приложенное напряжение. 11,12 11. H. Chiriac, S. Corodeanu, M. Ţibu, and T.A. Óvári, Journal of Applied Physics 101 , 09N116 (2007). https://doi.org/10.1063/1.271304712. Жуков А., Ипатов М., Чурюканова М., Калошкин С., Жукова В. Сплавы и соединения 586 , S279 (2014). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2012.10.082Чтобы прояснить эти аспекты, мы построили соленоид длиной 120 см и исследовали выходное напряжение свободного прямого датчика в зависимости от приложенного магнитного поля для различных значений. приложенной растягивающей силы (рис. 5).Растягивающую силу индуцировали извне, фиксируя конец проволоки и натягивая другой конец с известной силой. Выходной сигнал датчика линейно увеличивается со значением внешнего магнитного поля, пока не достигнет максимума, а затем уменьшается до значения насыщения. Наклон кривой при малых значениях внешнего магнитного поля, значение поля, при котором появляется максимум, наряду со значениями насыщения сильно зависят от приложенного растягивающего напряжения. При начальных значениях продольного магнитного поля менее 40 А/м, используемых при испытаниях в магнитном поле Земли, выходное напряжение датчика уменьшается с увеличением приложенной растягивающей силы (рис.4.б). Этот результат согласуется с поведением фиксированного датчика, где на выходное напряжение влияет как внешнее магнитное поле, так и дополнительное натяжение, возникающее в проводе в результате различных упругих свойств и радиусов изгиба провода датчика и опорной поверхности. . Длинный датчик GMI был приклеен под продольным натяжением к верхней стороне пластиковой полоски, как показано на рис. и поддержка помогают снять остаточное напряжение, возникающее перед приклеиванием датчика, а выходное напряжение датчика увеличивается до тех пор, пока не достигнет максимума, когда датчик полностью расслаблен.При дальнейшем изгибе системы датчик-полоска напряжение датчика будет уменьшаться из-за уменьшения локального продольного поля на концах датчика. При выталкивании системы датчик-полоска вверх (положительный изгиб) напряжение датчика уменьшается из-за увеличения натяжения, наведенного в магнитопроводе в результате разницы радиусов изгиба датчика и опоры, а также из-за уменьшение локального продольного поля на концах датчика. Чувствительность фиксированного датчика к изгибу изменяется от нуля в отсутствие внешнего магнитного поля (экранированное помещение) до 105 мВ/м -1 для НС исходной ориентации датчика (∼17 А/м) и 215 мВ/м -1 для вертикальной начальной ориентации датчика (∼35 А/м).Одно важное наблюдение, сделанное в результате зависимости напряжения датчика от характеристик приложенного поля, состоит в том факте, что для полей выше 450 А/м (и, по крайней мере, до 1200 А/м, которое было максимальным приложенным полем), выход датчика зависит только от приложенная растягивающая сила. При продольных магнитных полях выше 450 А/м магнитоаморфный провод насыщается и вся внешняя оболочка магнитопровода с круговыми осями легкого намагничивания наклоняется в продольном направлении.При подаче импульса тока на магнитопровод внешняя оболочка становится циркулярно намагниченной и, как следствие, на выходе датчика возникает напряжение. При напряжении магнитопровода до определенной величины объем, занимаемый внешней оболочкой, увеличивается, 12,13 12. А. Жуков, М. Ипатов, М. Чурюканова, С. Калошкин, В. Жукова, Журнал сплавов и соединений 586 , S279 (2014). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2012.10.08213. С. Л. Чжан, Дж.F. Sun, D. W. Xing, F. X. Qin и H. X. Peng, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 323 , 3018 (2011). https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2011.06.041 переориентация намагниченности за счет приложенного импульса происходит в большем объеме, увеличивается изменение магнитного потока в продольном направлении и, как следствие, выход напряжение датчика растет. Принимая во внимание это наблюдение, мы разделили переменную составляющую системы приемной катушки с помощью конденсатора и пропустили через них постоянный ток, чтобы создать непрерывное продольное поле.Расчетное значение продольного магнитного поля составило 480 А/м при приложенном постоянном токе 60 мА. Выходная характеристика датчика в зависимости от обратной величины радиуса изгиба представлена ​​на рисунке 6. В этом случае характеристика изгиба не зависит от ориентации датчика во внешнем магнитном поле. Мы также заметили, что выходные характеристики датчика в зависимости от приложенной растягивающей силы при полях выше 450 А/м очень хорошо соответствуют выходной характеристике датчика в зависимости от обратной величины радиуса изгиба.После примерки мы заметили, что остаточное растягивающее усилие в прямом приклеенном датчике составляло около 4 Н. Нулевая точка характеристик датчика может быть смещена в более линейную область путем изменения приложенного растягивающего напряжения перед приклеиванием к опоре, что позволяет измерять малую деформацию. с более высокой точностью. Кроме того, входные выходные характеристики датчика можно линеаризовать с помощью калибровки и цифровых методов. Изгибная чувствительность фиксированного датчика в проволочном продольном магнитном поле 480 А/м (на относительной линейной стороне характеристики) составляет 600 мВ/м -1 , что значительно выше, чем в ненасыщенном состоянии.

    Основы работы с электромагнитом

    Основы работы с электромагнитом

    Ниже приведены несколько простых рисунков, которые я нарисовал, чтобы напомнить, как работает электромагнит, и как выглядит поле B для соленоида, диполя и квадрупольного магнита.

    Первое, о чем следует подумать, это то, что проводник с током создает магнитное поле, которое вращается вокруг провода, и направление его циркуляции зависит от направления протекания тока. Применимое правило правой руки (RHR) включает в себя указание большого пальца правой руки в направлении тока, а затем ваши пальцы сгибаются в направлении B .Но это предполагает «ток», состоящий из потока положительных зарядов, а в случае тока в проводе потоком заряда всегда являются электроны, поэтому результат будет обратным. Таким образом, проще просто использовать «правило левой руки» для нормального тока в проводе.

    Теперь подумайте о том, что происходит, когда мы сгибаем проволоку в петлю, и ток электронов течет по петле в заданном направлении. Помните, что мы используем электромагниты постоянного тока, так что это постоянный ток (не колебательный). Поле B окружает все части провода, в результате чего в (двухмерной) плоскости провода поле B направлено вниз везде внутри периметра петли и вверх везде снаружи.

    Рассмотрим две такие петли с током, расположенные одна над другой (не соприкасающиеся), токи в которых имеют одинаковую величину и текут в одном направлении. B -линии поля всегда замкнуты, поэтому линии, расположенные ближе всего к проводам, будут обвивать отдельные витки— но между витками их величины равны, а их направления противоположны— следовательно, они компенсируются, и сеть поле между витками незначительное (показано в правой части рисунка). Оставшиеся линии поля будут охватывать оба витка, и снова чистое поле будет направлено вниз внутри петель и вверх снаружи.

    Провод, намотанный в плотную катушку, хорошо аппроксимируется как группа замкнутых петель, расположенных друг над другом, токи в которых текут в одном направлении и равны по величине. Получается соленоид, поле B которого внутри обмотки направлено в осевом направлении (т.е. в направлении центральной оси, вокруг которой намотана катушка).

    Учтите, что вы смотрите на катушку с одной стороны. Поле B с этой точки зрения выглядит так:

    Для меня это самый простой способ нарисовать конфигурации катушек, составляющих диполь и квадрупольный магнит.На следующем рисунке показано, как выглядит поле B , когда вы размещаете две обмотки на небольшом расстоянии друг от друга, а их токи текут в одном направлении. Это иллюстрация дипольного магнита в воздухе. Воспользуйтесь законом силы Лоренца и правилом правой руки, чтобы узнать, какую силу приобретет заряженная частица при прохождении через этот магнит. Например: рассмотрим позитрон, путешествующий по странице через этот магнит. Так как это утюг, используйте правую руку, и пальцы сгибаются от v (в страницу) до B (вниз), а большой палец указывает в направлении силы, то есть влево.

    На самом деле наши дипольные магниты находятся не в воздухе; электромагниты, используемые в ускорителе, имеют железные ярма и сердечники, которые улавливают поля B , удерживая их с максимальной силой и направляя их через центральный зазор более равномерным образом. Таким образом, следующий рисунок представляет собой более реалистичную модель дипольного электромагнита, и именно так он обычно изображается в учебниках по физике ускорителей элементарных частиц. Сначала я нашел это немного запутанным, поэтому я надеюсь, что этот документ поможет прояснить картину для новых людей.Этот диполь сконфигурирован точно так же, как и тот, что был выше, а серое вещество, окружающее его, — это железо.

    Далее приведен теоретический чертеж квадрупольного магнита. Итак, четверка состоит из четырех обмоток, и я показал, как выглядят линии магнитного поля в четверке магнитов. Хорошее упражнение — повозиться с направлениями токов и показать, что они должны двигаться определенным образом, чтобы четверка образовала правильное B -поле.

    На приведенном ниже рисунке показано, что происходит с лучом, проходящим через середину квадрупольного магнита.На первом изображении показан сгусток приближающихся частиц, который по существу имеет круглую форму, и магнитное поле, которое он видит в середине квадрата. Второе изображение показывает силы, которые испытывают разные стороны этого луча из-за этого поля B . Воспользуйтесь правилом правой руки, чтобы проверить направление силы (я рассмотрел случай, когда позитронный луч проникает в страницу, что, конечно же, является тем же эффектом, что и электронный луч, исходящий из страницы). На последнем изображении показано, как луч деформируется в результате действия этих сил, поэтому вы можете видеть, что в этом случае он «сфокусировался» в плоскости x и «расфокусировался» в плоскости y.Мы называем это квадроциклом фокусировки или QF , поскольку наше соглашение заключается в том, чтобы ссылаться на фокусировку/расфокусировку относительно горизонтальной плоскости. Электронный луч, попадающий на страницу, будет иметь противоположный результат — он будет сжиматься в вертикальном направлении и расширяться в горизонтальном.



    Поддерживается Робином Голдом.
    Последнее изменение 07.11.06 .

    Демистификация электромагнетизма, часть 7 — соленоиды

    Катушку провода, по которой течет ток, создающий магнитное поле, часто называют соленоидом.Однако с промышленной точки зрения термин «соленоид» относится к электромагнитному устройству, которое вызывает линейное движение ферромагнитного сердечника или плунжера. Строго это считается соленоидом линейного привода. Подобно реле, которое зависит от движения шарнирного якоря, соленоид можно использовать для переключения электрических цепей. Его также можно использовать для протыкания фруктов или, по крайней мере, попытки сделать это.

    Немного любительский эксперимент

    Прежде чем пытаться объяснить электромагнитное поведение соленоида с помощью моделирования, давайте взглянем на самодельный соленоид.

    Самодельный соленоид

    Судя по его конструкции, я не очень хорошо умею что-то делать. Однако принцип заключается в том, что катушка медной проволоки намотана вокруг цилиндра, в данном случае это часть корпуса биро (шариковой ручки). Провод эмалирован, чтобы не замкнуть себя. Катушка с проводом держится на двух приклеенных картонных «шайбах» (это все, что у меня было под рукой!).

    Ферромагнитный сердечник вставлен наполовину в бирку. Единственным ферромагнитным сердечником, который я смог найти, был гвоздь.Когда к концам провода приложено напряжение, протекает ток, вызывающий создание магнитного поля, особенно сильного внутри корпуса Biro. Это приводит к тому, что ноготь сам по себе намагничивается. Из-за характера результирующего магнитного поля (которое мы рассмотрим более подробно далее) гвоздь вдавливается в кожух биро, останавливаясь в его середине.

    Приношу свои извинения всем, у кого есть хоть малейшие таланты к экспериментам, вот видео, на котором соленоид «включается» и в результате двигается гвоздь.Приложенное напряжение было от стандартного автомобильного аккумулятора (12,6 В).

    Простой эксперимент с соленоидом

    Гвоздь и катушка на самом деле притягиваются друг к другу. 2 винта предназначены только для того, чтобы катушка не двигалась, поэтому перемещается только гвоздь.

    Противоположные полюса притягиваются (снова)

    Как мы видели в части 6, реле функционировало за счет того, что ферромагнитная геометрия была сконструирована таким образом, что северный и южный полюса находились очень близко друг к другу. Противоположные полюса притягиваются, что и приводит в движение шарнирную арматуру.

    Попробуем использовать ту же простую концепцию притяжения полюсов для описания движения ферромагнитного сердечника. Используя предыдущую модель катушки Simcenter MAGNET, вот магнитное поле, когда сердечник частично находится внутри катушки:

    Геометрия соленоида Simcenter MAGNET и результирующие векторы плотности магнитного потока (B) (однородный размер)

    Сердечник+катушка вместе образуют замкнутое непрерывное магнитное поле. Сердечник+катушка можно считать единым «объектом». Его северный и южный полюса — это поверхности, с которых магнитный поток соответственно уходит и входит в этот «объект»:

    Условные северный и южный полюсы Coil+Core

    Противоположные полюса притягиваются, поэтому этот магнит сжимается.На самом деле все постоянные магниты находятся в состоянии сжатия, просто они настолько механически прочны, что не деформируются. На самом деле, даже катушка сама по себе находится в состоянии сжатия, как это продемонстрировали Питер и Петронелла еще в части 3. Однако для этого объекта «сердечник + катушка» воздух внутри катушки (бита Северного полюса) легко вытесняется. Когда катушка зафиксирована в пространстве, то есть зафиксирован Северный полюс, ядро ​​движется вправо.

    Равновесие сжатия достигается, когда сердечник расположен в центре катушки:

    Равновесие соленоида

    Слишком упрощенно?

    Существуют различные способы объяснения сил, действующих на твердые объекты в магнитном поле.Вышеприведенный подход следует из подхода «противоположные полюса притягиваются» в предыдущем блоге. Просто на этот раз, когда полюса притягиваются, система может деформироваться, в частности ядро ​​может перемещаться. Намеренно упрощенное объяснение.

    Аналогия с резиновой лентой — еще один подход, используемый для качественного описания магнитных сил:

    Аналогия с резиновой лентой поля B «Оптимизация»

    Если вы считаете «линию тока» (используя аналогию с жидкостью) векторного поля B резиновой лентой, система будет искать равновесие, при котором энергия упругой деформации во всех резиновых лентах минимальна.Даже этот подход, возможно, слишком упрощен, поскольку эластичность резиновой ленты сама по себе является функцией напряженности B-поля вдоль нее.

    Колебание

    Поскольку сердечник первоначально ускоряется по направлению к центру катушки, его импульс увеличивается. Если на него не действуют силы трения или жидкости, он выйдет за пределы центрального положения и будет притянут обратно к центру. При отсутствии других потерь в смоделированной системе ядро ​​будет бесконечно колебаться вокруг этой центральной точки.Следующая анимация показывает, как ядро ​​колеблется в течение первых нескольких периодов, приближаясь к состоянию повторяющихся колебаний:

    Колебательное движение сердечника (вверху) Распределение поверхностной силы (внизу)

    В эксперименте с соленоидным гвоздем доминировало трение между гвоздем и корпусом биро, и гвоздь оседал в центре катушки только с одним очень коротким выбросом. Для моделирования этих потерь в Simcenter MAGNET можно было задать коэффициент трения.

    Насилие над фруктами

    «У меня нет особых талантов.Я просто страстно любопытен». – Альберт Эйнштейн, 11 марта 1952 года. Вдохновленный самим великим человеком, мне было любопытно, достаточно ли мощен соленоид гвоздя, чтобы проткнуть, скажем, виноградину (день был медленный):

    Соленоид как устройство для прокалывания фруктов — в честь Стью Фрэнсиса 🙂

    Ответ: №

    Я думаю, это просто разозлило виноград. Гвоздь был слишком тяжелым / слишком сильное трение между гвоздем и корпусом бирки / недостаточный ток / виноградина не располагалась достаточно близко к выходу соленоида.

    Сила, прикладываемая к гвоздю, зависит от плотности магнитного потока (В) внутри соленоида. Эта плотность потока, в свою очередь, связана с количеством витков катушки, умноженным на ток (это закон Ампера). Интересно, что для источника с фиксированным напряжением, если вы, например, вдвое уменьшите количество витков катушки, электрическое сопротивление уменьшится вдвое, и, следовательно, потребляемый ток удвоится. Таким образом, независимо от того, есть ли у вас 10 или 1000 витков, результирующая величина плотности магнитного потока и, следовательно, сила, действующая на гвоздь, будет примерно одинаковой.Хотя, конечно, если у вас слишком мало витков, будет потребляться гораздо больше тока, джоулев нагрев начнет преобладать, температура повысится, и все может расплавиться.

    Анекдоты

    На сегодняшний день эта серия блогов посвящена DC. Если вы подадите переменный ток на соленоид, сердечник все равно будет притягиваться к центру катушки. Несмотря на то, что ток переключается то в одном направлении, то в другом, не имеет значения, в каком направлении ток течет через катушку, сердечник всегда будет притягиваться к центру катушки.Эластичность резиновых лент, используя приведенную выше аналогию, не зависит от направления.

    Однако при питании переменным током ток будет равен нулю дважды за каждый период. Сила на сердечнике (функция B, которая является функцией тока) будет равна нулю в эти моменты времени. Поскольку сердечник в соленоидном устройстве прикреплен к возвратной пружине, сила возвратной пружины будет немного перемещать сердечник в это время. Это создает вибрацию. Вибрации плохие, они могут распространяться, обязательно будет слышен гул, а со временем ослабнет, скажем, винт, удерживающий корпус на месте.Вот что произошло с небольшим корпусом, питающим наш вытяжной вентилятор в ванной:

    Крышка Вибрация Свободно

    Хороший соленоидный привод должен иметь экранирующее кольцо или экранирующую катушку. Некоторые дополнительные витки провода, которые помогают сохранить часть плотности магнитного потока, когда источник переменного тока проходит через точку нулевого тока. Устройство, содержащее хорошо спроектированные соленоиды, стоит дороже. Вы получаете то, за что платите 🙂

    Патентная заявка США на технику монтажа кабеля и катушку для монтажа кабеля. Патентная заявка (заявка № 20030066991, выданная 10 апреля 2003 г.)

    ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

    [0001] Настоящее изобретение относится к способу прокладки различных кабелей и катушке, используемой в этой технике монтажа, и, в частности, к технике монтажа кабеля и катушке для монтажа кабеля, которые упрощают работу по монтажу кабеля и в то же время позволяют удерживать кабели в стабильном состоянии во время и после монтажных работ.

    [0002] В общем, когда необходимо проложить различные кабели, такие как кабель связи, телевизионный кабель и т.п., несущую проволоку устанавливают в качестве натяжной линии между опорами электросети, а металлические подвески, такие как кабельные подвески, прикрепляют одну за другой к этой несущей проволоке. с интервалом от 50 до 60 см, для параллельной подвески кабелей.

    [0003] Однако при монтаже кабеля, упомянутом выше, оператор несет несколько металлических подвесок и прикрепляет эти подвески, перемещаясь с интервалом от 50 до 60 см вдоль продольного направления несущего троса, и, кроме того, эта операция крепления подвески выполняется в высоту; поэтому такая операция требует огромного времени и труда, а также значительно высокого мастерства.

    [0004] В последние годы в качестве способа упрощения работ по прокладке кабеля было предложено использовать эластичную цепную катушку, сформированную в виде непрерывной спирали из основного материала на основе синтетической смолы. При прокладке троса с помощью цепной катушки можно вставить цепную катушку снаружи несущего провода, удлинить эту цепную катушку вдоль несущего провода и, в то же время, удлинить кабель внутри катушки и зафиксировать как Это. Следовательно, возможность монтажа кабеля может быть значительно улучшена.

    [0005] Однако, в то время как эластичная цепная катушка имеет преимущество простого монтажа, как указано выше, наоборот, когда застежка несущей проволоки отключена или когда ее часть отрезана в результате несчастного случая или пожара из-за компонента синтетического материала. смолы, катушка сжимается, вызывая такую ​​проблему, как провисание кабеля. Кроме того, при монтаже троса путем удлинения цепной катушки, если фиксированный конец катушки отрывается или удлиненный нефиксированный конец случайно освобождается, цепной трос сжимается до своей первоначальной длины за счет своей упругой гибкости, вынуждая возобновить монтаж кабеля. с самого начала, что ухудшает его работоспособность.

    СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

    [0006] Целью настоящего изобретения является создание способа монтажа кабеля и катушки для монтажа кабеля, упрощающих работу по монтажу кабеля и в то же время позволяющих удерживать кабели в устойчивом положении во время и после монтажа.

    [0007] Способ монтажа кабеля по настоящему изобретению для достижения вышеупомянутой цели представляет собой метод монтажа кабеля с использованием пластически деформируемой катушки, содержащей металлическую проволоку, сформированную в виде спирали, и синтетической смолой, нанесенной на поверхность металлической проволоки, при этом указанная катушка вставлена ​​снаружи. вокруг линии натяжения, проведенной между опорами электросети, катушку удлиняют до ее пластической деформации для образования ряда пространств для размещения кабеля внутри спирали, и кабель удлиняют, добавляют или извлекают через пространство для размещения кабеля.

    [0008] Таким образом, кабель можно легко удлинить, добавить или извлечь через пространство для размещения кабеля, поскольку пластически деформируемая катушка вставляется снаружи вокруг линии натяжения, такой как несущий провод, протянутый между опорами, и катушка удлиняется до ее пластической деформации для формирования. ряд пространств для размещения кабеля внутри спирали.

    [0009] Кроме того, поскольку вышеупомянутая катушка имеет свойство пластически деформироваться при удлинении, можно предотвратить провисание кабеля за счет сопротивления пластически деформированной катушки, даже если крепление катушки к несущему проводу отключено или его часть случайно обрезается или что-то подобное, и кабель может оставаться стабильным в течение длительного времени.Кроме того, кабель не сжимается до своей первоначальной длины, даже если фиксированный конец катушки оторвется или удлиненный незакрепленный конец случайно освободится во время работ по монтажу кабеля; Таким образом, работа по монтажу кабеля может быть выполнена эффективно. Кроме того, поскольку вышеупомянутое снабжено металлической проволокой, его невозможно отрезать огнем.

    [0010] В настоящем изобретении предпочтительно прикрепить устройство для удлинения катушки, имеющее уменьшающее отверстие, меньшее, чем внешний диаметр катушки, к катушке после того, как катушка вставлена ​​снаружи вокруг линии натяжения, и удлинить катушку до тех пор, пока она не деформируется. пластически полностью выводить катушку из редукционного отверстия.Использование удлинителя витка, снабженного таким уменьшающим отверстием, позволяет повысить эффективность работы вышеупомянутого способа монтажа кабеля и, в то же время, с хорошей точностью установить размер витка при удлинении.

    [0011] Чтобы быть более конкретным, предпочтительно вставить катушку снаружи вокруг линии натяжения, затем зацепить один конец катушки с линией натяжения, разместить удлиняющее устройство катушки, имеющее уменьшающее отверстие, меньшее, чем внешний диаметр катушки на один конец катушки, подтяните устройство для удлинения катушки к другому концу катушки вдоль линии натяжения и удлиняйте катушку до тех пор, пока она полностью не деформируется пластически, выгружая катушку из уменьшающего отверстия.В противном случае предпочтительнее вставить катушку снаружи вокруг линии натяжения, затем зацепить один конец катушки с линией натяжения, установить удлинитель катушки с уменьшающим отверстием, меньшим, чем внешний диаметр катушки, на другом конце. катушки, провести другой конец катушки по линии натяжения, фиксируя положение устройства удлинения катушки, и удлинить катушку до ее пластической деформации на всем пути, выгружая катушку из редукционного отверстия.

    [0012] В качестве натяжной линии для направления вышеупомянутой катушки может быть выбран несущий трос из множества скрученных стальных проволок, существующий трос, сложный трос, объединяющий несущий трос и трос (так называемый трос типа SS) или другие и, при необходимости, быть временной веревкой или чем-то подобным.

    [0013] Однако способ возведения кабеля согласно настоящему изобретению может также применяться в случае без установки натяжной линии. В этом случае, используя пластически деформируемую катушку, содержащую металлическую проволоку, сформированную в форме спирали, и синтетическую смолу, нанесенную на поверхность металлической проволоки, катушку удлиняют до ее пластической деформации для формирования ряда пространств для размещения кабеля внутри спирали, и кабель удлиняется, добавляется или извлекается через пространство для размещения кабеля.Такой способ прокладки кабеля предпочтителен для прокладки кабеля в подкровельном пространстве или под полом с укладкой кабеля.

    [0014] В настоящем изобретении кабели, подлежащие удлинению, добавлению или удалению, включают в себя различные кабели, состоящие из нескольких проложенных под землей электрических проводов, оптических проводов и т.п., такие как кабель связи, телевизионный кабель, кабель передачи электроэнергии и т.п., и, кроме того, служебный провод и подводящий провод к офису, жилому дому и др.

    [0015] С другой стороны, катушка для монтажа кабеля согласно настоящему изобретению имеет конструкцию, в которой проволока с полимерным покрытием, содержащая металлическую проволоку и синтетическую смолу, нанесенную на поверхность металлической проволоки, сформирована в форме спирали и характеризуется тем, что указанная металлическая проволока проволока вызывает необратимую деформацию, когда катушка, изготовленная из проволоки с полимерным покрытием, растягивается.

    [0016] Предпочтительно, чтобы указанная металлическая проволока вызывала остаточную деформацию, когда катушка вытягивается по меньшей мере в 10 раз больше, чем ее нерастянутая длина. Предпочтительно отношение поперечного сечения металлической проволоки к поперечному сечению покрытой смолой проволоки равно или превышает 25%.

    КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

    [0017] ИНЖИР. 1 показан пример пластически деформируемой катушки, используемой для монтажа кабеля в соответствии с настоящим изобретением; ИНЖИР.1(а) — вид катушки сбоку, фиг. 1(b) поперечное сечение покрытой смолой проволоки, составляющей катушку, и фиг. 1(c) вид сбоку проволоки с полимерным покрытием.

    [0018] ИНЖИР. 2 показан пример удлинителя катушки, используемого для монтажа кабеля в соответствии с настоящим изобретением; ИНЖИР. 2(а) представляет собой вид сбоку неудлиненной катушки, а на фиг. 2(b) вид сбоку удлиненной катушки.

    [0019] ИНЖИР. 3 показано другое устройство для удлинения катушки, используемое для способа прокладки кабеля по настоящему изобретению; ИНЖИР.3(а) представляет собой вид сбоку неудлиненной катушки, а на фиг. 3(b) вид сбоку удлиненной катушки.

    [0020] ИНЖИР. 4 показано состояние монтажа кабеля с помощью способа монтажа кабеля по настоящему изобретению; ИНЖИР. 4(а) показан вид сбоку, а на фиг. 4(b) вид по линии Х-Х.

    [0021] ИНЖИР. 5 показывает другое состояние прокладки кабеля с помощью технологии прокладки кабеля в соответствии с настоящим изобретением; ИНЖИР. 5(а) показан вид сбоку, а на фиг. 5(b) вид по линии X’-X’.

    [0022] ИНЖИР. 6 показана опорная конструкция для кабеля, в которой применяется другой способ монтажа кабеля по настоящему изобретению; ИНЖИР. 6(а) показан вид сбоку, а на фиг. 6(b) вид по линии Y-Y.

    ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ВОПЛОЩЕНИЯ

    [0023] Теперь настоящее изобретение будет подробно описано со ссылками на прилагаемые чертежи.

    [0024] ИНЖИР. 1 показан пример пластически деформируемой катушки, используемой для монтажа кабеля в соответствии с настоящим изобретением.Как показано на фиг. 1(а) по фиг. 1(с), пластически деформируемая катушка 1 имеет структуру, в которой проволока 1А с покрытием из смолы, изготовленная путем покрытия металлической проволоки 1а синтетической смолой 1b, сформирована в форме спирали. Форма поперечного сечения покрытой смолой проволоки 1А предпочтительно не является круглой, включая многоугольники, такие как восьмиугольник или другие. Когда покрытая смолой проволока 1А скручена так, что некруглая форма вращается по спирали в продольном направлении металлической проволоки 1а, шум ветра, создаваемый во время монтажа кабеля, может быть уменьшен.Катушка 1 имеет длину L в неудлиненном состоянии без нагрузки перед использованием для техники прокладки кабеля, однако она будет иметь удлиненное состояние до длины, соответствующей одному пролету между столбами электросети во время прокладки кабеля. Когда удлиненная катушка коротка или слишком длинна для одного пролета между опорами электросети, катушка 1 может быть отрезана или удлинена.

    [0025] Упомянутая выше катушка 1 обладает таким свойством, что металлическая проволока 1а пластически деформируется, когда катушку вытягивают из ее нерастянутой длины L.Точнее, при удлинении витка в 10 и более раз, чем его неудлиненная длина L, виток 1 сжимается от диаметра D и в то же время пластически деформируется, так что длина после удлинения будет сохраняться . Если эта металлическая проволока 1а деформируется при удлинении менее чем в 10 раз от ее неудлиненной длины L, становится трудно удлинить катушку 1, чтобы сохранить шаг спирали с постоянным интервалом.

    [0026] Чтобы придать вышеупомянутой катушке 1, изготовленной из сложного материала из металлической проволоки 1а и синтетической смолы 1b, указанные свойства, материал металлической проволоки 1а и синтетической смолы 1b можно выбрать надлежащим образом, а отношение поперечного сечения металлической проволоки 1а на покрытой смолой проволоке 1А может быть установлена ​​правильно.

    [0027] В качестве металлической проволоки 1а можно использовать железную проволоку, медную проволоку, алюминиевую проволоку и т.п. диаметром от 1,0 до 5,0 мм. В частности, предпочтительно использовать железную проволоку, чтобы обеспечить наиболее подходящую пластическую деформацию для монтажа кабеля. Кроме того, выгодно использовать оцинкованную проволоку для предотвращения коррозии. При диаметре металлической проволоки 1а менее 1,0 мм ее способность удерживать трос становится недостаточной и, наоборот, при большем 5.0 мм сама катушка неблагоприятно утяжеляется.

    [0028] Предпочтительно устанавливать отношение поперечного сечения металлической проволоки к поперечному сечению покрытой смолой проволоки равным или превышающим 25%. Если отношение поперечного сечения металлической проволоки составляет менее 25%, упругая деформация синтетической смолы 1b затрудняет пластическую деформацию металлической проволоки 1а. Обратите внимание, что форма поперечного сечения металлической проволоки 1а специально не ограничена и, кроме круга, как показано на чертеже, она может иметь овальную, треугольную, квадратную, восьмиугольную или другую многоугольную форму.

    [0029] С другой стороны, в качестве синтетической смолы 1b можно использовать термопластичную смолу, такую ​​как полиэфир, полиамид, полиолефин. Среди этих термопластичных смол полиэфир является особенно предпочтительным. В качестве такого полиэфира можно назвать полиэтилентерефталат, полибутилентерефталат или сополимер полиэфира, полученный их сополимеризацией с третьим компонентом, таким как адипиновая кислота, изофталевая кислота, изофталевый сульфонат и полиэтиленгликоль.

    [0030] Кроме того, в качестве полиамида можно указать нейлон 6, нейлон 66, нейлон 610, нейлон 612, нейлон 11, нейлон 12 и сополимерный полиамид, полученный комбинацией компонентов соответствующего нейлона.

    [0031] Очевидно, что эти термопластичные смолы могут по желанию содержать термостойкий агент, атмосферостойкий агент, фотостойкий агент, антиоксидант, антистатическую добавку, сглаживатель, краситель или другие обычные добавочные компоненты, если это необходимо.

    [0032] Неудлиненная длина L катушки 1 предпочтительно короткая с точки зрения обращения; тем не менее, его работоспособность будет повышена, если он настроен на удлинение по крайней мере до 1 пролета между опорами электропередач во время монтажа кабеля.Для этого, когда неудлиненная длина L находится в диапазоне от 500 до 2000 мм, удлиненная длина предпочтительно устанавливается в диапазоне от 10 до 80 раз, особенно от 20 до 60 раз больше этой длины L. Кроме того, внешний диаметр D неудлиненной катушки 1 предпочтительно устанавливается в диапазоне от 20 до 120 мм.

    [0033] Теперь будет описана технология монтажа кабеля по настоящему изобретению. Устройство удлинения катушки, показанное на фиг. 2 или фиг. 3 можно использовать для удлинения вышеупомянутой катушки 1.

    [0034] На фиг. 2, спиральное удлиняющее устройство 10 имеет конструкцию, выполненную путем сборки костного элемента 11 в форме конуса, и снабжено уменьшающим отверстием 12, меньшим, чем внешний диаметр катушки 1, на вершине конуса. Кроме того, удлинитель 10 катушки выполнен из двух элементов, разделенных по длине скоса конуса, и эти оба элемента могут открываться или закрываться с помощью шарнира 13 и, кроме того, могут сжиматься в закрытом состоянии с помощью болта 14.

    [0035] Когда катушка 1 удлиняется с помощью вышеупомянутого устройства 10 для удлинения катушки, как показано на фиг.2(а), сначала катушка 1 вставляется снаружи вокруг несущего провода W, протянутого между опорами P, P, затем один конец катушки 1 прикрепляется к несущему проводу W с помощью натяжного элемента 2, затем удлинитель катушки устройство 10, снабженное уменьшающим отверстием 12, меньшим наружного диаметра катушки 1, расположено на одной конце катушки 1. Более конкретно, уменьшающее отверстие 12 расположено на одном конце катушки 1, а удлинитель катушки 10 устанавливают так, чтобы конусная часть костного элемента 11 закрывала спираль 1.Затем, как показано на фиг. 2(b), удлинитель катушки 10 тянется к другому концу катушки 1 вдоль несущей проволоки W с помощью тяговой проволоки 15, прикрепленной к конусообразному основанию костного элемента 11, и катушка 1 удлиняется до ее пластической деформации на всем протяжении, выходя из редукционного отверстия 12. Для работы с земли удлинитель катушки 10 перемещается по несущему тросу W, на несущем W навешивается крюк 16, а наземная работа к этому крюку 16 прикреплена веревка 17.Также целесообразно прикрепить другой конец катушки 1 к крюку 16.

    [0036] Когда катушка 1 удлиняется с использованием устройства 10 для удлинения катушки, как указано выше, шаг и внешний диаметр удлиненной катушки 1 могут быть установлены на основе размера уменьшающего отверстия 12, и, кроме того, катушка 1 может быть удлинена равномерно. по всей его длине. Поскольку удлиняющее устройство 10 катушки собрано из костного элемента 11, катушкой 1 можно легко управлять через ее зазор, и, кроме того, поскольку она легкая, она не будет оказывать большой нагрузки на несущую проволоку W.

    [0037] С другой стороны, на фиг. 3, спиральное удлиняющее устройство 20 имеет конструкцию, выполненную путем сборки костного элемента 21 в форме конуса, и снабжено уменьшающим отверстием 22, меньшим, чем внешний диаметр катушки 1, на вершине конуса. Кроме того, удлинитель 20 катушки выполнен из двух элементов, разделенных по наклону конуса, причем оба эти элемента могут открываться или закрываться с помощью шарнира 23 и, кроме того, могут сжиматься в закрытом состоянии с помощью болта 24.

    [0038] Когда катушка 1 удлиняется с помощью вышеупомянутого устройства 20 для удлинения катушки, как показано на фиг. 3(а), сначала катушка 1 вставляется снаружи вокруг несущего провода W, протянутого между опорами P, P, затем один конец катушки 1 прикрепляется к несущему проводу W скобой 2, затем удлинитель катушки устройство 20, снабженное уменьшающим отверстием 22, меньшим, чем внешний диаметр катушки 1, расположено на другом конце катушки 1. Более конкретно, уменьшающее отверстие 22 расположено на другом конце катушки 1 и удлинитель катушки 20 устанавливают так, чтобы коническая часть костного элемента 21 закрывала спираль 1.

    [0039] Затем, как показано на фиг. 3(b), другой конец катушки 1 соединен с ведущей колесницей 26, свободно движущейся по несущему проводу W, затем другой конец катушки 1 тянется ведущей колесницей 26 по несущему проводу W, при этом положение удлинителя катушки 20 фиксируется относительно опоры Р с помощью фиксирующей веревки 25, закрепленной на конусном дне костяного элемента 21, а катушка 1 удлиняется до ее пластической деформации на всем протяжении с выводом из уменьшение диафрагмы 22.Эта ведущая колесница 26 допускает только продвижение вперед, а тормоз действует во время регрессии. Для управления с земли ведущей колесницей 26, движущейся по несущему тросу W, к ведущей колеснице 26 прикрепляют трос 27 наземного управления. Следует отметить, что такая ведущая колесница 26 может также применяться для способа возведения, показанного на фиг. 2.

    [0040] Когда катушка 1 удлиняется с помощью устройства 20 для удлинения катушки, как указано выше, шаг и внешний диаметр удлиненной катушки 1 могут быть установлены на основе размера уменьшающего отверстия 22, и, кроме того, катушка 1 может быть удлинена равномерно. по всей длине.Поскольку удлиняющее устройство 20 катушки собрано из костного элемента 21, катушку 1 можно легко манипулировать через ее зазор, и, кроме того, поскольку она легкая, она не оказывает большой нагрузки на несущую проволоку W. Кроме того, если конец троса С соединен с ведущей колесницей 26, трос С можно удлинять одновременно с удлинением катушки 1.

    [0041] ИНЖИР. 4 показано состояние монтажа кабеля с помощью способа монтажа кабеля по настоящему изобретению. Как показано на фиг.4(а) и фиг. 4(b), согласно способу монтажа кабеля по настоящему изобретению с использованием пластически деформируемой катушки 1 катушка 1 вставляется снаружи вокруг несущего провода W, протянутого между опорами электросети, катушка удлиняется до пластической деформации для формирования ряд пространств для прокладки кабелей S внутри спирали, и кабель С протягивается, добавляется или извлекается через это пространство для прокладки кабелей S.

    [0042] При прокладке кабеля с использованием вышеупомянутой катушки 1 можно сформировать все точки подвеса для подвешивания кабеля С через спиральную петлю с постоянным интервалом, а кабель С можно удлинить только за одну операцию простого удлинения катушки 1 между инженерными сетями. полюсов и, кроме того, после вытягивания кабеля С катушку 1 можно использовать в качестве подвески для фиксации кабеля как есть.Следовательно, отпадает необходимость во временном монтаже троса С с помощью приспособления для удлинения троса, такого как шкив, и упрощается операция по прикреплению ряда металлических подвесок один за другим с постоянным интервалом, как при обычном монтаже троса.

    [0043] Когда необходимо добавить кабель C, подвешенный к несущему тросу W, кабель C можно просто вставить со стороны опоры вдоль ряда промежутков S для размещения кабелей. Кроме того, при количестве кабелей C, подвешенных к несущему тросу W должно быть уменьшено, любое количество кабелей C может быть извлечено из мест размещения кабелей S.Поскольку кабель С подвешен на пластически деформированной катушке 1, кабель С не сильно провисает во время вытягивания.

    [0044] Кроме того, поскольку металлическая проволока 1а пластически деформируется при удлинении катушки 1, пластически деформированный металлический трос 1а предотвращает провисание троса С, даже если крепление катушки к несущему проводу W снято или часть катушки 1 отрезана. выключено случайно или тому подобное. Кроме того, кабель не усаживается до своей первоначальной длины даже в случае отрыва фиксированного конца катушки 1 или случайного высвобождения удлиненного незакрепленного конца во время монтажа кабеля.Таким образом, технология монтажа кабеля с использованием вышеупомянутой катушки 1 позволяет удерживать кабель С в устойчивом состоянии во время и после монтажа. Более того, даже если поблизости от места монтажа кабеля возникнет пожар, вызвавший воспламенение кабеля 1 и выгорание синтетической смолы 1b, кабель С может удерживаться металлической проволокой 1а.

    [0045] ИНЖИР. 5 показан другой вариант прокладки кабеля с помощью технологии прокладки кабеля по настоящему изобретению. В этом варианте осуществления в качестве натяжной линии используется трос типа SS, изготовленный путем объединения несущей проволоки W’ и троса C’ через ряд соединений J, расположенных продольно с заданным интервалом.Как показано на фиг. 5(а) и фиг. 5(b), когда кабель типа SS используется в качестве натяжной линии, катушка 1 вставляется снаружи вокруг кабеля типа SS, протянутого между опорами электросети, катушка удлиняется до ее пластической деформации для формирования ряда пространств для размещения кабеля S внутри спираль, и кабель C протягивается, добавляется или вытягивается через эти пространства для размещения кабелей S.

    [0046] ИНЖИР. 6 показан способ монтажа кабеля согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.Этот вариант осуществления относится к способу прокладки кабеля в подкровельном пространстве без использования натяжной линии. На фиг. 6(а) и фиг. 6(b), пара правых и левых стоек 31, 31 подвешена с заданным интервалом от поверхности 30 верхней стены до подкровельного пространства, а к их нижнему концу прикреплена опорная пластина 32. На этой опорной пластине 32 закреплено несколько кабелей C.

    [0047] Поскольку количество кабелей С, устанавливаемых на опорную пластину 32, ограничено, обычно рядом с опорной пластиной 32 устанавливали другую опорную пластину, когда желательно проложить кабели, превышающие этот предел.Однако для установки другой опорной пластины требуется много труда. Таким образом, предпочтительно применять способ прокладки кабеля по настоящему изобретению также и к такой опорной конструкции для кабеля.

    [0048] А именно, вышеупомянутая катушка 1 удлиняется до ее пластической деформации для образования ряда пространств для размещения кабеля S внутри спирали и крепится к распорке 31, 31 вдоль опорной пластины 32, а кабель С удлиняется, добавляется или извлекается через пространство для прокладки кабелей S.

    [0049] Поскольку такая катушка 1, вытянутая до пластической деформации, в определенной степени сохраняет свою форму, она эффективна в качестве несущей конструкции троса С. Кроме того, трос С можно легко удлинять, добавлять или извлекать через пространство для прокладки кабеля S и, кроме того, , кабель C может оставаться стабильным во время и после монтажных работ.

    [0050] Описанная выше технология прокладки кабеля по настоящему изобретению может применяться для прокладки различных кабелей, таких как кабель связи, телевизионный кабель, кабель передачи электроэнергии и т.п.

    [0051] Помимо упомянутого выше способа использования, способ прокладки кабеля согласно настоящему изобретению также предпочтителен для прокладки кабеля внутри подземного перехода, общего водостока, водопропускной трубы и т.п. В этих подземных переходах, общих водостоках, водопропускных трубах и т.п. катушка может быть удлинена вдоль натяжной линии, такой как несущий трос и т.п., или катушка может быть удлинена без использования натяжной линии.

    [0052] Как описано выше, в соответствии с настоящим изобретением, используя пластически деформируемую катушку, содержащую металлическую проволоку, сформированную в виде спирали, и синтетическую смолу, покрытую на поверхности металлической проволоки, катушку вставляют снаружи вокруг линии натяжения, проведенной между опорами электропередач, катушку удлиняют до ее пластической деформации для образования ряда пространств для размещения кабелей внутри спирали, и кабель удлиняют, добавляют или извлекают через пространство для размещения кабелей.Таким образом, можно значительно повысить удобство монтажа кабеля, и, кроме того, кабель можно удерживать в стабильном состоянии во время и после монтажных работ.

    Весна, часть 3: нагрузка-прогиб

    Мы познакомились с материалами и характеристиками пружин. Давайте углубимся в спиральные пружины, в частности, в пружины сжатия и растяжения. Их отношения отклонения нагрузки будут оцениваться для обоих.

    Зависимость нагрузки от прогиба для винтовых пружин сжатия

    Когда нагрузка на пружину: P и деформация: δ пропорциональны друг другу (в линейной зависимости), говорят, что они ведут себя по «закону Гука».Константа пропорции: k называется «пружинной константой». [Рис.1] показывает взаимосвязь между нагрузкой и деформацией. Наклон этой фигуры представляет жесткость пружины: k.

    Р = к х δ

    k: жесткость пружины

    Примеры продуктов, разработанных и изготовленных с использованием этого свойства, включают пружинные весы (весы для измерения веса груза) и пружины для предохранительных клапанов, работающих с требуемой силой.

    Пружины с различными нагрузочными характеристиками

    В отличие от линейных характеристик, показанных в (1), некоторые нагрузки и деформации пружин находятся в нелинейной зависимости.Спиральные пружины сжатия с нелинейными характеристиками нагрузки и прогиба доступны в следующих трех типах:

    Функции винтовых пружин сжатия с нелинейными характеристиками достигаются, когда линия или линии и посадочная поверхность соприкасаются друг с другом при увеличении нагрузки. Это происходит потому, что положение винтовой пружины вызывает изменение по крайней мере одного из следующих параметров конструкции: [1] диаметр витка, [2] шаг или [3] диаметр проволоки.

    В следующей таблице приведены преимущества и недостатки типичных пружин с введенными ранее нелинейными характеристиками.

    Тип пружины с нелинейной характеристикой Преимущества Недостатки
    Конические пружины
    Можно избежать контакта с окружающими предметами при деформации пружины.
    Тип контакта посадочной поверхности имеет меньшую сплошную высоту.
    Для проволоки с одинаковым диаметром скорость поглощения энергии уменьшается по мере уменьшения диаметра катушки.
    Линейный тип контакта имеет большую сплошную высоту.
    Пружины с переменным шагом
    Более высокая сплошная высота.
    Большой по массе.
    Винтовые пружины из конического материала
    Нижняя сплошная высота.
    Меньшая масса по сравнению с пружинами с переменным шагом.

    Зависимость нагрузки от прогиба для винтовых пружин растяжения

    В отличие от спиральных пружин сжатия, спиральным пружинам растяжения нельзя добавить нелинейные характеристики.Однако начальное напряжение можно приложить к пружинам.

    Спиральные пружины растяжения с начальным натяжением

    Начальное натяжение, представляющее собой силу, удерживающую витки друг относительно друга, может быть приложено к спиральным пружинам растяжения даже в условиях отсутствия нагрузки. Начальное натяжение создается путем скручивания проволоки в направлении витков, соприкасающихся друг с другом в процессе навивки пружины. Холодногнутые и цельновитые пружины наматывают с некоторым натяжением.Как правило, пружины, которые специально рассчитаны на начальное натяжение, называются пружинами с начальным натяжением.

    • Характеристики нагрузки и прогиба пружин с начальным натяжением и без него показаны на [Рис.1].
    • [Формула A] представляет зависимость между нагрузками и отклонением пружины растяжения, показанную на [Рис.1]. [Формула B] представляет собой выражение отношения между нагрузками и прогибом пружины растяжения при начальном натяжении.

    [Формула A]
    Нагрузка P (Н) = жесткость пружины k (Н/мм) × прогиб δ (мм)

    [Формула B]
    Нагрузка P (Н) = начальное натяжение Pi (Н) + жесткость пружины k (Н/мм) × прогиб δ (мм)

    Начальное натяжение Pi будет рассчитываться по следующей формуле:

     

    Преимущества Недостатки
    ·        Нестабильность пружин в условиях холостого хода может быть сведена к минимуму.

    ·        Возможна конструкция пружины меньшего размера (большая нагрузка с меньшей жесткостью пружины).

    ·        Колебание нагрузки имеет тенденцию быть большим при заданной длине.

    ·        Даже если необходимо выполнить низкотемпературный отжиг для устранения деформации, возникшей при намотке, результат отжига будет недостаточным.

    Различные формы спиральных пружин растяжения

    Большинство спиральных пружин растяжения не имеют нелинейных характеристик в плоскости пружины и подразделяются на цилиндрические и шпиндельные.В дополнение к этой классификации по внешней форме пружины также можно классифицировать по форме крюка на обоих концах.

    Интегрированные двойные крючки являются наиболее распространенными и бывают следующих стилей:

    • Полукруглый крючок
    • Круглый крюк
    • Крючок круговой обратный
    • Боковой круглый крюк
    • Квадратный крючок
    • U-образный и V-образный крюк

    Отдельные крючки

    • Конический конец с круглым крючком
    • Тип штекера
    • Тип плиты

    Как закрепить пружины

      Фиксация обоих концов пружины является важной мерой стабилизации поведения.Существуют подходящие способы фиксации обоих концов в зависимости от типа пружины, такие как спиральные пружины сжатия и винтовые пружины растяжения.

    Как закрепить винтовые пружины сжатия

    Из соображений степени свободы закрепленной пружины, предотвращения потери устойчивости и предотвращения смещения точки нагрузки, методы, показанные на [Рис.1], приняты для крепления обоих концов винтовых пружин сжатия. Что касается наконечников, используйте шайбу с цилиндрической пружиной (например, SPGCC) от MISUMI из-за простоты ее производства, если вы используете метод крепления, показанный на (b).В противном случае подготовьте направляющее отверстие на обоих концах и поместите в него пружину.

    Как закрепить винтовые пружины растяжения

    Крючки на обоих концах винтовых пружин растяжения доступны в различных формах. а) самая стандартная форма. См. характеристики b) и c) в следующей таблице.

    Форма крючка Характеристики
    V-образный крюк Эта форма часто используется для измерительного оборудования, так как она позволяет минимизировать допуск (люфт) между сопрягаемой стороной и областью пружинного крюка.
    Квадратный крючок Эта форма используется только в том случае, если сопрягаемая сторона имеет форму плоской пластины.

    Линейные и нелинейные характеристики пружин, основанные на формулах нагрузки-прогиба, показывают преимущества/недостатки различных типов винтовых пружин. Будь то сжатие или расширение, возможности нагрузки будут различаться. Закрепление и правильная установка пружин также различаются в зависимости от типа и области применения.Далее, в нашем последнем посте из серии Spring, мы расскажем о поглощении энергии, частоте и феномене пульсации пружин. Приходи на следующей неделе!

    Как оптимизировать расстояние между электромагнитными катушками

    При проектировании электромагнитных катушек мы можем захотеть отрегулировать положение катушек для достижения желаемой напряженности магнитного поля в определенной области пространства. Это можно сделать в программном обеспечении COMSOL Multiphysics®, используя дополнительный модуль AC/DC и модуль оптимизации для объединения параметров оптимизации и оптимизации формы.Давайте узнаем, как.

    Первоначальная задача проектирования и оптимизации катушки

    Предположим, перед нами стоит задача спроектировать катушку таким образом, чтобы магнитное поле вдоль части центральной линии было как можно ближе к целевому значению. Как мы видели в предыдущем сообщении в блоге, мы можем добиться этого, регулируя ток через каждый виток катушки, чтобы он был разным. Однако для этого требуется, чтобы мы включили в нашу физическую конструкцию отдельный элемент управления током для каждого витка. Вместо этого мы можем использовать единый регулятор тока для всей катушки и регулировать физическое расстояние между катушками в осевом направлении.


    Десятивитковая осесимметричная катушка. Цель состоит в том, чтобы изменить магнитное поле на центральной линии (зеленый).

    Случай, который мы здесь рассмотрим, показан на изображении выше. Осесимметричная катушка с десятью витками питается от одного источника тока; то есть через каждый виток протекает один и тот же ток. Первоначальная конструкция катушки размещает катушку диаметром 1 см на расстоянии S 0 = 4 см друг от друга. Поскольку катушка осесимметрична (а нас интересуют только решения, симметричные относительно плоскости z = 0), мы можем использовать сокращенную расчетную область, показанную на схеме ниже.


    Расчетная модель. Мы хотим изменить пять положений катушки и ток катушки.

    Наша цель оптимизации состоит в том, чтобы максимально приблизить поле B z к желаемому значению, B 0 вдоль части центральной линии путем изменения тока катушки и z -расположения пять катушек. Каждая катушка может двигаться \pm \Delta Z_{max}, и между соседними катушками должен быть зазор G 0 , поэтому смещение первой катушки имеет другую нижнюю границу.Нам также необходимо включить ограничение на пиковый ток, а также ограничить ток, чтобы он был больше нуля. Хотя с физической точки зрения нет необходимости ограничивать ток больше нуля, это является хорошей практикой оптимизационного моделирования, поскольку это сохраняет ограниченное пространство проектирования небольшим.2 dl \\
    & \text{при условии:}
    & & -(S_0-G_0)/2 \le \Delta Z_1 \leq \Delta Z_ {max}\\
    & & & -\Delta Z_{max} \leq \Delta Z_2, \ldots ,\Delta Z_5 \leq \Delta Z_{max}\\
    & & & G_0 \le (Z_5-Z_4) \\
    &&&G_0\le(Z_4-Z_3)\
    &&&G_0\le(Z_3-Z_2)\
    &&&G_0\le(Z_2-Z_1)\
    &&&&0\ leq I \leq I_{max}\\
    \end{align}

    Мы решаем эту проблему, комбинируя оптимизацию параметров и формы с помощью интерфейсов Optimization и Deformed Geometry в COMSOL Multiphysics.

    Настройка и решение задачи оптимизации в COMSOL Multiphysics®

    Мы можем начать нашу реализацию с рассмотрения разработанной здесь модели, которая оптимизируется для определенного значения поля. Мы начнем с того же интерфейса Optimization и функции Integral Objective , которые были представлены в предыдущем сообщении в блоге. Затем используются две функции Global Control Variable . Первый устанавливает смещения пяти катушек, используя Масштабирование управляющих переменных , чтобы масштабировать переменные оптимизации близко к единице.Вторая функция Global Control Variables аналогичным образом определяет и ограничивает ток.


    Определения переменных, управляющих положением пяти катушек.

    Пять переменных управления , показанные на снимке экрана выше, определяют смещения катушек, а также небольшую квадратную область пространства вокруг каждой катушки, которая показана зелеными доменами на иллюстрации ниже. По мере того как эти зеленые домены перемещаются вверх и вниз, окружающие их желтые домены должны растягиваться и сжиматься, чтобы приспособиться к ним, в то время как окружающий синий домен остается неподвижным.Поскольку мы знаем смещения зеленых областей, мы можем указать линейное изменение смещения вдоль всех красных краев. Эта вариация линейного смещения вычисляется с использованием интерфейса Coefficient Form Boundary PDE , как описано в более ранней записи блога о моделировании поступательного движения.


    Определения деформации для различных доменов в модели.

    Эта информация об указанных смещениях различных областей настраивается с помощью интерфейса Deformed Geometry , как показано на снимке экрана ниже.Элементы домена Prescribed Deformation перемещают зеленые домены, а желтые домены могут деформироваться из-за доменов Free Deformation . Граничные элементы Prescribed Mesh Displacement применяются к черным и красным краям и полностью определяют деформации желтых доменов.


    Контроль смещения витка катушки с помощью функции Prescribed Deformation в интерфейсе Deformed Geometry .

    В результате такой настройки интерфейса Deformed Geometry пять управляющих переменных для положения катушек теперь представляют собой задачу оптимизации формы.Ранее мы обсуждали оптимизацию формы в более общем случае из строительной механики. Оптимизация формы использует возможности COMSOL Multiphysics для расчета чувствительности проекта к изменениям формы геометрии.

    Нам также необходимо определить набор глобальных ограничений неравенства , чтобы предотвратить слишком близкое расположение и пересечение зеленых доменов, окружающих катушки. На скриншоте ниже показана эта реализация.Обратите внимание, что ограничение масштабируется относительно размера зазора G 0 , так что уравнение ограничения также близко к единице по величине.


    Одно из четырех ограничений, не позволяющих катушкам располагаться слишком близко друг к другу.

    Из-за больших деформаций, которые могут возникнуть в областях вокруг катушек, которые растягиваются и сжимаются, также полезно использовать сопоставленную сетку.


    Наложенная сетка используется в областях деформации вокруг катушек.Область бесконечных элементов также имеет отображаемую сетку.

    Затем мы можем решить эту проблему с помощью решателя оптимизации на основе градиента (SNOPT), используя преимущества аналитически рассчитанных градиентов. Ток через катушку и положения катушек регулируются, чтобы минимизировать вышеуказанную целевую функцию. Результаты оптимизации показаны на рисунке ниже.


    Компонент плотности магнитного потока z вдоль центральной линии для оптимизированной катушки.


    Оптимизированное положение катушки.

    Заключительные мысли об оптимизации расстояния между электромагнитными катушками

    Мы представили модель, в которой используется комбинация оптимизации формы и параметров для регулировки тока катушки и расстояния между катушками в двумерной осесимметричной катушке. Используя преимущества интерфейсов Optimization и Deformed Geometry , мы можем аналитически вычислить производные для этой задачи и очень быстро сойтись к оптимуму.

    Дополнительные ресурсы

    Vape Wires: кантал, нихром, нержавеющая сталь и многое другое

    Знаете ли вы, какие самые распространенные типы проводов для вейпинга? Как насчет их основных применений и характеристик?

    Некоторые провода используются для парения с мощностью, некоторые с контролем температуры, и один основной тип, о котором мы поговорим, может использоваться для обоих.

    Никакая информация не должна перегружать вас или отягощать вас техническими данными. Это обзор высокого уровня. Основное внимание будет уделено одножильному проводу и только проводам, которые обычно используются для вейпинга.Такие провода, как NiFe или Tungsten, можно использовать для вейпинга, но вам будет сложно найти их, и на самом деле они не дают преимуществ по сравнению с проводами, представленными здесь.

    Калибр провода, сопротивление, время разгона и TCR

    Существуют некоторые основные характеристики, которые относятся ко всем проводам, независимо от их состава. Это диаметр (или калибр) провода, его сопротивление и время нарастания для различных материалов.

    Первой базовой характеристикой любой проволоки является фактический диаметр проволоки.Его обычно называют проводным «калибром» и выражают числовым значением. Фактический диаметр каждого провода не имеет большого значения. Важно то, что по мере увеличения номера калибра проволоки диаметр проволоки уменьшается. Например, 26-й калибр (или 26 г) тоньше 24-го калибра, но толще 28-го калибра. Некоторые из наиболее распространенных калибров, используемых для сборки одножильных катушек, — это 28, 26 и 24, а более тонкая проволока, используемая снаружи катушек Клэптона, обычно имеет калибр от 40 до 32. Конечно, есть и другие, и даже датчики с нечетными номерами.

    По мере увеличения диаметра провода сопротивление провода уменьшается. При сравнении катушек с одинаковым внутренним диаметром, количеством витков и используемым материалом катушка, изготовленная из проволоки калибра 32, будет иметь гораздо более высокое сопротивление, чем катушка калибра 24.

    Другим фактором, который следует учитывать, когда речь идет о сопротивлении провода, является внутреннее сопротивление материала катушки. Например, пятивитковая катушка с внутренним диаметром 2,5 мм, изготовленная из кантала 28 калибра, будет иметь более высокое сопротивление, чем катушка из нержавеющей стали с точно такими же характеристиками.Это связано с более высокой стойкостью кантала по сравнению с нержавеющей сталью.

    Обратите внимание, что чем больше длина используемого провода, тем выше будет сопротивление вашей катушки. Это важно при обмотке катушек, так как большее количество витков повысит сопротивление вашей сборки.

    Возможно, вы слышали термин «время разгона». Время разгона — это время, которое требуется вашей катушке для достижения температуры, необходимой для испарения электронного сока. Время линейного изменения, как правило, более заметно для экзотических катушек с многожильным проводом, таких как Claptons, но по мере увеличения размера провода время линейного изменения также может стать более заметным для простых однопроволочных катушек.Как правило, проволока меньшего сечения нагревается дольше из-за большей массы. Тонкие провода, такие как 32 и 30, будут иметь более высокое сопротивление, но будут нагреваться быстрее, чем 26 или 24 калибр.

    Разные материалы катушек с разным внутренним сопротивлением также будут иметь разное время разгона. Что касается проводов для силового режима, нержавеющая сталь быстрее нарастает, за ними следует нихром, а кантал значительно медленнее.

    В общих чертах, моды контроля температуры полагаются на характеристику вашего провода для вейпинга, чтобы определить, когда регулировать ток и мощность, подаваемые на катушку.Провода, подходящие для TC, выбираются из-за их температурного коэффициента сопротивления (TCR).

    TCR провода для вейпинга — это увеличение сопротивления провода при повышении температуры. Мод знает морозостойкость вашей катушки и материал, который вы используете. Мод также достаточно умен, чтобы знать, что, когда ваша катушка поднимается до определенного сопротивления (по мере повышения температуры), катушка слишком горячая, и он уменьшает ток в вашей катушке, чтобы предотвратить возгорание.

    Все типы проводов имеют TCR, но достоверное увеличение можно измерить только в проводах, совместимых с TC (дополнительную информацию см. в приведенной выше таблице).

    Канталовая проволока

    представляет собой ферритный сплав железо-хром-алюминий с хорошей стойкостью к окислению. Он обычно используется для парения в режиме прямой мощности. Кантал — отличное место для начала, если вы только начинаете восстанавливать, капать и т. Д. С ним легко работать, но он достаточно жесткий, чтобы сохранять форму при скручивании в катушки, что вступает в игру во время процесса впитывания. Он чрезвычайно популярен в качестве первичного провода при создании однопроволочных катушек.

    Kanthal недорогой и широко доступен в большинстве вейп-шопов, интернет-магазинов и даже на eBay.

    • Переменная мощность
    • Легко работать с
    • Удерживает форму
    • Широкая доступность
    • Недорогой

    Другой тип проволоки, хорошо подходящей для вейпинга, — нихром. Нихромовая проволока представляет собой сплав, состоящий из никеля и хрома, а также может содержать другие металлы, такие как железо. Забавный факт: нихром использовался в стоматологических работах, таких как пломбы.

    Нихром

    выпускается в различных «классах», наиболее популярным из которых является ni80 (80% никеля и 20% хрома).

    Нихром ведет себя очень похоже на кантал, но имеет более низкое сопротивление и быстрее нагревается. Он легко скручивается и хорошо держит форму при впитывании. У нихрома более низкая температура плавления, чем у кантала, поэтому вам нужно быть осторожным при сухом сжигании ваших катушек — они сгорят, если вы не будете осторожны. Начните с низкого уровня и пульсируйте катушки. Не торопитесь и бейте по ним максимальной мощностью, пока они сухие.

    Еще одним возможным недостатком нихромовой проволоки является содержание никеля. Людям с аллергией на никель следует избегать использования нихрома по очевидным причинам.

    Nichrome раньше был менее распространен, чем Kanthal, но сейчас он стал популярнее, и его очень легко найти в вейп-шопах или онлайн.

    • Более быстрый выход на рабочий режим, чем Kanthal
    • Легко работать с
    • Удерживает форму
    • Широкая доступность
    • Содержание никеля
    • Более низкая температура плавления
    • Не совместим с ТС
    Нержавеющая сталь

    — самая уникальная из распространенных проводов для вейпинга. Он может выполнять двойную функцию и использоваться для парения с прямой мощностью или с контролем температуры.

    Проволока из нержавеющей стали

    представляет собой сплав, состоящий в основном из хрома, никеля и углерода. Содержание никеля обычно составляет 10-14%, что не так уж и много, но аллергикам не стоит рисковать. Существует множество разновидностей (марок) нержавеющей стали, выраженных в числовом выражении. Для изготовления катушек наиболее часто используется SS316L, за которым следует SS317L. Другие марки, такие как 304 и 430, также иногда используются, но не так часто.

    Нержавеющая сталь

    легко формуется и хорошо держит форму.Как и нихром, он предлагает более быстрое время нарастания, чем кантал, из-за более низкого сопротивления для того же калибра. Обратите внимание, что при проверке на наличие горячих точек или очистке сборки не следует сжигать нержавеющую сталь всухую при высокой мощности, так как это может привести к выделению нежелательных химических соединений. Хорошим обходным решением является создание разнесенных катушек, которые не нужно пульсировать для горячих точек.

    Как и в случае с канталом и нихромом, катушки из нержавеющей стали можно легко найти в B&Ms, а также в Интернете.

    • Двойной режим работы: VW или TC (с совместимым модом)
    • Более быстрое время разгона, чем Kanthal
    • Простота в работе
    • Удерживает форму
    • Широко доступно
    • Содержание никеля (низкое)
    • Не следует сжигать всухую при высокой мощности

    Кантал, нихром или нержавеющая сталь (мощность)

    Большинство вейперов предпочитают режим Power: он просто проще.Кантал, нержавеющая сталь и нихром — три самых популярных провода для режима питания прямо сейчас, и вам может быть интересно, какой из них будет лучшим для вас. Опять же, обратите внимание, что если у вас есть (или подозреваете, что у вас может быть) аллергия на никель, вам не следует парить на нихромовых спиралях, и, возможно, вам также следует избегать нержавеющей стали.

    Kanthal долгое время был выбором большинства вейперов из-за простоты использования и более высокой стойкости. Любители вейпинга ценят их более высокие сборки, а провод Kanthal калибра 26-28 всегда надежен, и его трудно заменить чем-либо другим.Меньшее время разгона может быть даже плюсом для вейперов MTL, которые любят делать медленные и длинные затяжки.

    С другой стороны, нихром

    и нержавеющая сталь являются отличными проводами в режиме мощности для парения при более низком сопротивлении — это не значит, что их нельзя использовать для всех видов вдохов. И хотя вкус очень субъективен, многие вейперы, которые пробуют нихром или нержавеющую сталь, клянутся, что они получают лучший вкус, чем с их предыдущими сборками Kanthal.

    Никелевая проволока

    , также называемая ni200, обычно представляет собой чистый никель.Никелевый провод был первым проводом, использованным для контроля температуры, и первым проводом в этом списке, который нельзя использовать в режиме измерения мощности.

    У ni200 есть два основных недостатка. Во-первых, никелевая проволока мягкая, и ее трудно скрутить в однородные витки. После установки катушки могут легко деформироваться при затекании.

    Во-вторых, это чистый никель, парить который некоторым людям может быть неудобно. Кроме того, у многих людей есть аллергия на никель или различные степени чувствительности. Хотя нержавеющая сталь также содержит никель в своем сплаве, он не является основным компонентом.Если вы принадлежите к вышеуказанной категории, вам следует держаться подальше от никеля и нихрома и быть осторожными с нержавеющей сталью.

    Никелевая проволока

    , возможно, по-прежнему очень популярна среди энтузиастов TC, и ее относительно легко найти на месте, но, возможно, это не стоит хлопот.

    • Трудноформуемый
    • Не держит форму
    • 100 % никель

    Последняя проволока, которую мы рассмотрим, — титановая, еще одна проволока, предназначенная только для ТС.

    Существуют некоторые разногласия по поводу безопасности использования титановой проволоки для вейпинга.При нагревании может выделяться токсичный компонент (диоксид титана) выше 1200 ℉ (648 ℃). Кроме того, как и магний, если титан воспламеняется, его чрезвычайно трудно потушить. Некоторые магазины даже не продают провод из соображений ответственности и безопасности.

    Обратите внимание, что люди все еще часто используют его, и теоретически, если ваш мод TC выполняет свою работу, вам никогда не придется беспокоиться о возгорании или отравлении диоксидом титана. Само собой разумеется, но не сжигайте титановую проволоку всухую!

    Титан

    легко скручивается в рулоны и легко скручивается.Но это может быть трудно найти из-за вышеупомянутых причин.

    • Делает ли ТС
    • Простота в работе
    • Удерживает форму
    • Может быть токсичным
    • Пожарная опасность
    • Может быть трудно найти на месте

    Нержавеющая сталь, никель, титан

    Нержавеющая сталь

    является явным победителем среди проводов, совместимых с TC. Его легко получить, легко использовать, и он даже работает в режиме питания, если это необходимо. Кроме того, содержание никеля в нем относительно низкое.В то время как люди с аллергией на никель должны избегать его, он с меньшей вероятностью вызовет побочные реакции у людей с умеренной чувствительностью к никелю, но вы всегда должны перестраховаться.

    Принимая во внимание все обстоятельства, если у вас аллергия на никель или повышенная чувствительность, использование провода TC, вероятно, не лучшая идея. Мы советуем придерживаться мощности для вейпинга с использованием Kanthal, который также является наиболее часто используемым проводом для вейп-катушек на рынке.

    Суть в том, что ваш выбор провода для вейпинга является важной переменной в поиске вашей нирваны вейпинга.На самом деле, это один из компонентов, который оказывает наибольшее влияние на ваш опыт парения. Изменение типа провода и калибра позволяет нам точно контролировать время нарастания, ток, мощность и, в конечном итоге, удовольствие, которое мы получаем от вейпинга.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.